Macam mana kalau Sulfur dan Phosforus meningkat semasa masak Low Alloy Steel?

Macam mana kalau Sulfur dan Phosforus meningkat semasa masak Low Alloy Steel?

Muhammad Nuruddin Bashah

Selalunya, jika kandungan Sulfur meningkat dalam spesifikasi kimia besi lebur, kita masih berpeluang untuk menurunkannya dengan pelbagai kaedah antaranya adalah melalui kaedah slag-off (pembuangan slag). Kebiasaannya kandungan maksima sulfur dalam Low Allo Steel ialah sebanyak 0.02% hingga 0.03% sahaja. Manakala kandungan Phosforus ialah maksima sebanyak 0.02% hingga 0.025% sahaja.

Sulfur dan phosforus adalah pasangan adik beradik yang selalunya diminimakan dalam kandungan Low Alloy Steel kerana ianya memberi kesan buruk kepada kebolehmesinan dan menyebabkan masalah kerapuhan. Phosporus akan menyebabkan besi menjadi rapuh serta masalah cold-shortness ( besi rapuh walaupun pada suhu bilik). Manakala sulfur menyebabkan kecenderungan besi untuk segregat pada grain boundry ( sempadan butir) serta menghilangkan kemuluran pada suhu panas ( hot shortness atau red shortness). Ini juga menyebabkan pada suhu tinggi, besi tidak menjadi mulur sebaliknya rapuh dan keras.

Jadi kedua-dua ini perlu dikurangkan.

Dalam masalah yang saya hadapi baru-baru ini ialah, kandungan sulfur agak tinggi iaitu sekitar 0.28% (berpotensi terus meningkat), manakala phosforus pula meningkat lebih lagi dari hadnya iaitu 0.30%. Kes ini terbalik dari keadaan biasa. Jika kita melakukan proses boiling-refining, sulfur akan turun terlebih dahulu diikuti dengan phosphorus.

Jika sulfur sahaja yang tinggi, kita boleh rendahkannya dengan menambah Calcium Carbide atau CaSiMn (Calsium Silicon Manganese) kerana dua benda ini berupaya menangkap Sulfur bebas.

Jadi disebabkan ini masalah pasangan adik beradik, kami bercadang nak boiling semula kemudian slag-of (buang slag keluar)

Baik, step mula kami ialah boiling dahulu…..

Phosphorus+ Oksigen (boiling) – Phosphorus pentoxide ( P2O5)

Limestone (CaCO3) pula dioksidakan semasa boiling menjadi CaO (Kalsium Oksida) yang akan menurunkan pula Sulfur pada FeS.

FeS + CaO(from flux) – CaS (Calcium Sulfide) + FeO

Lebih beruntung apabila Sulfur juga boleh diturunkan oleh Manganese menjadi MnS (manganese Sulfide)

Phosforus pula hanya boleh dibuang melalui pengoksidaan menjadi Phosforus Pentoksida sahaja. Kerana itulah selalunya Phosforus sukar diturunkan kandungannya.

Selepas kami boiling besi tersebut dengan oksigen, terus dimasukkan limestone (batu kapur) dengan lebih banyak lagi. Api akan menyambar apabila batu dimasukkan dan terus menggelegak. Besi ditarik keluar dengan sebatang besi rabble dan slag terus meluncur keluar (slag-off). Malang sekali apabila slag-off yang terlalu kerap dan banyak menyebabkan kita merugian begitu banyak kandungan besi keran dalam slag juga ada FeO (besi oksida) yang boleh dikembalikan dalam spesifikasi besi lebur.

Kami hentikan slag-off. Masalah kedua muncul iaitu slag yang tinggal membeku kerna terlalu banyak batu kapur dimasukkan!

Slag peru dilembutkan barulah alloy dan bahan tambah lain boleh dimasukkan. Jadi reducing slag dilakukan.

Apakah reducing slag? Proses ini ialah dengan memasukkan serbuk aluminum dan flourspar (Calcium Flourite) yang akan menurunkan takat lebur slag (slag jadi cair) .

Masalah ketiga muncul! Iaitu sulfur dan phosphorus tadi pun lebur dan masuk semula dalam besi yang kita masak tu!

Jadi apa cara terakhir? Pig sahaja besi itu… (pig maksudnya besi lebihan atau besi yang out spec)

Proses Boiling: perlu tahan panas untuk jalankannya

Proses Boiling: perlu tahan panas untuk jalankannya

Muhammad Nuruddin Bashah

Bc Hons (Engineering) UM

Antara cabaran dalam proses boiling ialah apabila kita ingin boil besi lebur kita dalam keadaan kandungan silikonnya yang agak tinggi. Seperti yang telah diceritakan dahulu, silikon lebih mudah (awal) dioksidakan (sekitar suhu 1560 C) berbanding karbon. Contohnya dalam low alloy steel yang berkandungan silikon 0.3% silikon, untuk menurunkan karbon daripada 0.30% kepada 0.18% kita perlu menurunkan silikon daripada 0.3% silikon kepada 0.09% silikon (sebagai contoh) sebelum kita berjaya menurunkan karbon.

Jadi jika untuk menurunkan karbon dari 0.30% kepada 0.18% memerlukan masa sebanyak 2-3 minit (maksimum), kita memerlukan masa yang panjang sebelumnya untuk membuang silikon. Jadi proses boiling boleh memakan masa sehingga 4-5 minit (penghapusan silikon + karbon).

Bayangkan, sepanjang kita membuang silikon consumable oxy lance yang digunakan akan semakin pendek kerana terlalu lama rendam dalam ‘bath’ (besi lebur). Kemudian teruskan lagi untuk membuang karbon. Consumable oxy lance bertambah pendek. Jarak kita yang memgang lace dengan muka pintu furnace semakin pendek! Panas tuhan sahaja yang tahu. Sebab itu saya ada simpan satu parut di tangan kiri saya semasa mencuba teknik ini dahulu. Lengan yang terdedah akan melecur walaupun tidak terkena percikan besi lebur (suhu 1560 C-1580 C)

Kadang-kadang, walaupun silikon tidak tinggi dalam kandungan besi lebur, kita tetap perlu melakukan boiling jangkamasa yang lebih untuk membuang karbon lebih banyak lagi. Hal ini adalah kerana kita berhasrat menggunakan alloy FerroManganese High carbon (74% manganese, 24% karbon) serta FerroChrome High Carbon ( 0.63% Chromium, 37% carbon) dan mengurangkan penggunaan alloy low carbon. Ini kerana alloy high carbon lebih murah berbanding low carbon. Hampir separuh harga murah berbanding low carbon. Jadi kita boil lebih lama, hilangkan karbon dan tambah alloy high carbon yang murah serta memiliki kandungan karbon yang tinggi serta murah…

Jadi, para melter kena tahan panas lah sedikit jika kilang anda ingin jimat wang…..

Mengenali proses Oxy Cut dan Deeping

Mengenali proses Oxy Cut dan Deeping

Muhammad Nuruddin Bashah

Bc Hons Enginering (material) UM

Dalam usaha perleburan low alloy steel, perkara yang paling merungsingkan adalah pengawalan karbon dalam spesifikasinya. Jika tersalah gaya, karbon akan hilang teroksida begitu sahaja.

Jika memasak Low alloy steel, selalunya akan berlaku proses ‘Oxy Cut’ iaitu proses memotong besi-besi skrap dalam furnace yang masih tersisa kepejalannya dan ia perlu dicairkan segera. Proses Oxy Cut adalah mirip juga dengan proses ‘boiling’ iaitu menggunakan paip oxy lance serta menggunakan oksigen dengan tekanan tinggi. Cuma cara memasukkan oxy lance tersebut berbeza. Boiling adalah melalui cara memasukkan oxy lance sepanjang 1 kaki. Manakala proses oxy cut hanyalah menghalakan oxy lance ke pintu furnace dan menuju terus ke arah besi skrap yang belum cukup lebur.

Baik, kadangkala berlaku keadaan potong melampau, iaitu proses oxy cut dilakukan secara berlebihan. Apa natijahnya? Mestilah carbon banyak hilang. Kandungan biasa karbon yang perlu ada sebelum proses boiling adalah sekitar 0.28 – 0.30% Karbon. Jika potong melampau, tinggallah 0.09% karbon contohnya. Semestinyalah karbon perlu ditambah semula.

Untuk menambah karbon semula, kaedah umum digunakan adalah electrode deep iaitu merendam elektrod selama beberapa minit (seminit boleh meningkatkan hampir 0.05% karbon) pada suhu 1580 C dan suis elektrik furnace itu ditutup untuk deeping berlaku.

Sebelum deeping dilakukan, silikon perlu ditambah ke dalam furnace untuk menghalang lebih banyak karbon hilang. Ingat, antara silicon dan karbon, silikon lebih mudah teroksida. Jadi ia menjadi penghalang kehilangan karbon. Sebab itulah kita gelar proses tambah silikon ini sebagai ‘block’.

Ini adalah gambar roof (bumbung) furnace dibuka dengan kelihatan 3 batang elektrod yang sedang merah membara. Muncung depan itu pula adalah taping hole dimana proses tuang besi ke ladle berlaku.

Slag dikembalikan ke dalam bumi, bukti kekuasan Allah.

Artikel Kejuruteraan Islam: Slag dikembalikan ke dalam bumi, bukti kekuasan Allah.

Oleh: Muhammad Nuruddin Bashah (Bc Hons Engineering UM)

Keadilan Allah bukan sekadar diterjemah kepada bentuk pengagihan hak kepada maklukNya, bukan sekadar hukuman yang setimpal kepada makhlukNya malah keadilan Allah juga meliputi pengaturan dan pengurusan (sifat rububiyyah) alam yang teratur serta amat bersistem. Selalu benar kita dihidangkan keajaiban penciptaan dan pengaturan Allah melalui penelitian organ dalaman manusia serta spesis halus (microbiologi) untuk melihat perihebatnya kuasa Allah melaluinya.

* ö@è% (#qçRqä. ¸ou‘$yfÏm ÷rr& #´‰ƒÏ‰tn ÇÎÉÈ * ö@è% (#qçRqä. ¸ou‘$yfÏm ÷rr& #´‰ƒÏ‰tn ÇÎÉÈ

Katakanlah: "Jadilah kamu sekalian batu atau besi,

(Al Isra: 50)

Saya berminat pula untuk mengambil bahagian dalam usaha menonjolkan keadilan Allah melalui satu sudut kecil dunia fizikal material iaitulah ilmu pengacuan, penempaan dan pemprosesan logam atau ‘metallurgical’. Dalam siri tulisan ini saya mulakan dengan mengupas sedikit perihal ‘slag’ atau sisa buangan pengacuan dan perleburan logam. Bagi pelajar kejuruteraan mekanikal, bahan dan metallurgis, slag adalah satu topik biasa atau topik yang jarang diteliti secara mendalam memandangkan ia adalah sisa buangan. Apabila saya menceburi bidang metallurgical secara langsung, saya melihat juga betapa slag tidak dianggap berharga bagi rakyat Malaysia. Namun ia tidak pula bagi negara tertentu seperti England, India dan USA kerana slag diguna pakai secara Komersial sekaligus mengekalkan keseimbangan ekosistem mineral dalam bumi.

Yang Telah menciptakan tujuh langit berlapis-lapis. kamu sekali-kali tidak melihat pada ciptaan Tuhan yang Maha Pemurah sesuatu yang tidak seimbang. Maka Lihatlah berulang-ulang, Adakah kamu lihat sesuatu yang tidak seimbang?

Kemudian pandanglah sekali lagi niscaya penglihatanmu akan kembali kepadamu dengan tidak menemukan sesuatu cacat dan penglihatanmu itupun dalam keadaan payah.

(Al Mulk : 3-4)

Apabila kita melebur keluli (steel) untuk diacukan (foundry processes), kita akan meletak logam asli (virgin steel atau mild steel), ataupun bijih besi, bersama juga batu kapur (limestone) serta sedikit arang ‘graphite’. Dalam blast furnace untuk kegunaan pengeluaran ‘pig iron’, kita menggunakan arang batu untuk proses yang lebih besar. Tugas dan peranan batu kapur adalah menghasilkan slag. Mengapa slag perlu dihasilkan? Ia perlu untuk mengaut keluar bahan sisa luar ‘impurities’ dan segala peratusan kecil element yantidak kita kehendaki. Antara element penting yang WAJIB dikeluarkan adalah sulphur dan phosforus iaitu pasangan adik beradik yang selalu menyebabkan besi menjadi rapuh serta menyebabkan ‘hot tear’ semasa besi panas dituang ke dalam acuan.

Slag juga berperanan mengawal suhu logam sebelum dituang. Bayangkan suhu besi yang hanya turun 50 darjah sahaja daripada suhu 1520 C sudah boleh menyebabkan pelbagai masalah seperti besi beku, stopper patah (stopper adalah penutup lubang ‘ladle’ iaitu alat penuang yang boleh menampung 8 tan besi lebur), serta short run iaitu besi membeku serta mengecut sebelum memenuhi ruang acuan. Slag akan menjadi lapisan atas yang keras untuk mengelakkan kehilangan banyak haba melalui ruang atas ladle. Ia juga mengelakkan permukaan logam lebur di atas daripada mengalami pengoksidaan semula yang boleh menghasilkan banyak bebola oksigen di dalam besi acuan kelak.

Mengapa slag dianggap tidak berguna berbanding besi biasa sedangkan ia juga mengandungi unsur logam yag banyak? Jika kita memgang slag, ianya ringan, rapuh, kasar bentuknya, penuh bebola oksigen yang terperangkap, susunan atom dalam bentuk cubic yang kurang tersusun seperti logam lain. Slag mengandungi ikatan kovelen dan ikatan ionik secara serentak.

Slag mengandungi Silikon Oksida (SiO2), Aluminum Oksida (Al2O3), Ferum Oksida (Fe2O3), kalsium Oksida (CaO) magnesium Oksida (MgO) serta Sulfur Oksida (SO3). Silikon dan Aluminum selain untuk kandungan spesifikasi logam ia juga berperanan sebagai agen anti pengoksidaan kerana ia akan memerangkap oksigen di dalam logam sekaligus menjadikan substen besi halus dan tidak poros. Jadi Aluminum dan silikon oksida itu akan dikeluarkan melalui slag.

Bagaimana pula slag boleh diguna semula? Sebenarnya slag boleh terurai semula ke dalam tanah serta menjadi mineral yang asal. Slag tidak mengeluarkan apa apa radiasi serta impak buruk secara khusus. Jika foundry dijalankan secara efisyen, besi buruk banyak boleh dikitar semula serta slag yang berlambak-lambak boleh digunapakai dalam bidang kejuruteraan awam. Slag secara umumnya boleh digunakan dalam penghasilan Asphalt (bituminous Concrete), Agregat pembinaan (batu dan simen), Simen untuk relau (Cement Kiln Raw Feed) dan sebagainya. Dalam bidang kejuruteraan alam sekitar, slag digunakan sebagai penapis air buangan (steel slag wastewater treatment) di mana penapis menggunakan slag akan membuang lebih 80% phosphorus daripada sumber tercemar (kerana slag akan memerangkap phosphorus), mengurangkan pepejal yang terperangkap dala air, meningkatkan pH air kerana mengandungi banyak kalsium, aluminum dan megenesium dan pelbagai faedah lain.

Steel Slag juga berguna untuk mengurangkan pengeluaran CO2 dalam oenghasilan Simen Portland. Pada setiap 1 tan pembuatan simen portland, 1 ton CO2 akan dikeluarkan manakala bagi setiap 1 ton Slag digunakan untuk menggantikan bahan mentah asal, tiada CO2 akan dikeluarkan ! Bukankah ini akan membantu mengawal suhu dunia?

Ia boleh dikembalikan ke dalam tanah jika slag digunakan sebagai baja phosphate. Slag boleh terurai semula ke dalam tanah walaupun mengambil masa yang agak panjang untuk melepaskan nutrient berguna ke dalam tanah semula. Moga tulisan ini membantu pelajar kejuruteraan serta peminat kajian sains umumnya.

Sabtu 21 mac 2009