Anatomi Dross di Hot‑Dip Galvanizing: 460 °C, Fe 0,1%, dan Dosis Ni–Al yang Tepat

Dalam hot‑dip galvanizing (pelapisan celup panas), dross didefinisikan sebagai endapan intermetalik Zn–Fe dan zinc oxide (ZnO). Secara tipikal, dross mencapai 0,5–3,5 wt.% (wt.% = persen berat) dari massa baja yang diproses [www.mdpi.com]. Contohnya, sekitar 10 kg zinc dross dan 9 kg zinc ash (abu seng di permukaan bak) terbentuk per ton baja—dan nyaris sepertiga [logam seng bisa terkunci dalam limbah padat ini](https://beta.co.id/blog/lumpur-quench-galvanizing-terlalu-kaya-zinc-untuk-dibuang) [www.mdpi.com] [www.mdpi.com]. Taruhannya jelas: semakin banyak dross, semakin boros seng dan semakin tidak stabil kualitas coating.

Jendela temperatur ketel galvanizing

Praktiknya, bak seng cair (ketel galvanizing) dioperasikan di kisaran 440–460 °C. Di rentang ini, pelarutan Fe dari baja berjalan moderat (dikendalikan difusi) dan membentuk coating Zn–Fe yang padat [www.worldironsteel.com]. Sumber teknis yang sama menyebut “temperatur galvanizing terbaik 440–480 °C” dan memperingatkan bahwa melampaui ~480 °C memicu pertumbuhan lapisan paduan yang lebih buruk [www.worldironsteel.com].

Data lapangan mempertegasnya: pada ≥495 °C, reaksi Fe–Zn berubah “malignant dissolution” (pelarutan ganas)—coating menjadi rapuh dan longgar, dan Fe terlarut melonjak [www.hu-steel.com]. Di atas ~530–540 °C, laju reaksi melejit (transisi fasa ζ→Γ; ζ dan Γ = fasa intermetalik Zn–Fe) sehingga coating retak, pickup Fe cepat, dan lapisan menjadi kasar serta tebal [www.worldironsteel.com] [www.hu-steel.com]. Sebaliknya, sekitar ~450 °C umumnya menghasilkan lapisan ζ yang rapat di bawah dan lapisan η (η = seng murni) di atas.

Kenaikan 10–20 °C di atas titik tengah dengan cepat menambah kehilangan Fe dari baja. Satu laporan menunjukkan kurva kehilangan Fe vs. waktu berubah dari parabolis (~450 °C) menjadi hampir linear di atas 480 °C [www.hu-steel.com]. Karena itu, stabilisasi temperatur menjadi praktik terbaik. Studi lapangan merekomendasikan menjaga ~460 °C dan menghindari fluktuasi besar: pada 460 °C dengan fluxing (flux = larutan ZnCl2/NH4Cl untuk membersihkan dan mencegah oksidasi) yang tepat ≈0,15–0,20 kg per hari dan skimming dross sering (3–5 slab per hari), “skim‑line” dan pitting pada dinding ketel diminimalkan [www.researchgate.net]. Kebalikannya—operasi di atas ~480 °C atau dengan ayunan temperatur besar—secara konsisten menaikkan output dross dan ketidakrataan coating [www.worldironsteel.com] [www.researchgate.net].

Komposisi baja dan pickup besi

Reaktivitas baja—terutama dalam “Sandelin range” (Si+P ≈0,03–0,14%)—meningkatkan difusi Fe–Zn secara tajam dan menghasilkan pertumbuhan coating yang sangat cepat dan tak beraturan. Baja pada rentang ini biasanya dihindari atau perlu paket paduan Ni/Al; tanpa itu, pickup Fe berlebih memicu coating tebal dan tidak seragam, sekaligus menambah dross [www.ispatguru.com] [www.ispatguru.com]. Sebaliknya, baja “aman” (Si <0,03% dan P rendah) cenderung lebih jinak.

Apa pun grade baja, akumulasi Fe terlarut di bak sangat merugikan. Kelarutan Fe dalam seng cair sekitar 0,25–0,30 wt.% pada 450 °C; saat Fe mendekati ~0,3 wt.%, “hard zinc” (intermetalik kaya Fe yang membentuk dross dasar) akan mengendap terus‑menerus, tenggelam ke dasar ketel, menaikkan kehilangan seng dan memicu cacat coating. Nowak dkk. melaporkan bahwa saat Fe mencapai saturasi (~0,3 wt.%), reaksi galvanizing kira‑kira melipatgandakan ketebalan coating dan membentuk partikel hard zinc kontinu yang harus segera disingkirkan [pmc.ncbi.nlm.nih.gov] [pmc.ncbi.nlm.nih.gov]. Sedikit kenaikan Fe terlarut sekalipun memperbesar generasi dross dan pemborosan coating secara nyata [pmc.ncbi.nlm.nih.gov].

Kendali praktiknya: jaga Fe bak serendah mungkin—orde 0,1–0,2 wt.% alih‑alih 0,3%—dengan skimming dasar yang sering (dross dasar memuat sebagian besar Fe). Panduan praktisi: pertahankan ~0,1% Fe atau kurang di ketel [www.researchgate.net]. Mengurangi Fe terlarut lewat pembatasan waktu celup, penambahan make‑up seng segar, dan mencegah carryover flux adalah kunci untuk menurunkan dross dasar [pmc.ncbi.nlm.nih.gov].

Komposisi paduan bak: Ni dan Al

Penambahan paduan mikro (additives) umum dipakai untuk mengatur laju reaksi dan dross. Dua yang paling lazim: nikel (Ni) dan aluminium (Al). Kadar Ni sekitar 0,04–0,06 wt.% direkomendasikan luas untuk menurunkan reaktivitas baja (terutama baja Si/P) dan “meratakan” Sandelin peak sehingga perilaku mirip baja lunak [www.mdpi.com] [www.mdpi.com]. Namun, Ni berlebih (>~0,06 wt.%) mengendapkan fasa rapuh Γ₂ (Fe₆Ni₅Zn₈₉) sebagai partikel halus di antarmuka η/ζ, membentuk “floating dross” yang mencemari bak dan menempel di produk—membuang seng sekaligus menguras Ni [www.mdpi.com].

Secara praktis, banyak pabrik men‑dose tablet Ni hingga ~0,05% lalu mempertahankannya dengan pemantauan gravimetri [www.mdpi.com]. Dosis yang presisi bisa dibantu metering menggunakan dosing pump untuk menjaga set‑point tanpa overshoot.

Untuk Al, jejak 0,005–0,01 wt.% membentuk kulit Al₂O₃ tipis yang membatasi oksidasi permukaan—menurunkan zinc fume/ash (bentuk dross permukaan) secara efektif; bahkan 0,005 wt.% sudah cukup untuk membangun penghalang oksida protektif dan memotong kehilangan ash [www.mdpi.com] [www.mdpi.com]. Tetapi Al juga reaktif: di atas ~0,01 wt.% Al dapat bereaksi dengan garam amonium membentuk asap toksik AlCl₃ dan sesaat memunculkan intermetalik Fe–Al di permukaan baja [www.mdpi.com] [www.mdpi.com]. Praktik terbaik: pertahankan Al di kisaran ppm rendah (50–100 ppm; ppm = bagian per sejuta)—cukup untuk menahan oksidasi, namun jauh di bawah kadar yang merusak flux atau kualitas pengecatan [www.mdpi.com]. Intinya, Ni ~0,05% dan Al ~0,005% mengangkat kualitas coating tanpa menciptakan dross ekstra [www.mdpi.com] [www.mdpi.com] [www.mdpi.com]. Logam bak lain (Pb, Bi, Sn, dll.) umumnya pada kadar rendah dan efek langsungnya pada dross primer minimal.

Operasi ketel untuk meminimalkan dross

Kontrol temperatur: pegang stabil di jendela optimal, umumnya ~450–460 °C, dengan fluktuasi kecil. Studi teknis menunjukkan menahan tepat 460 °C (alih‑alih sering berayun) memperpanjang umur ketel dan mengurangi aglomerasi dross [www.worldironsteel.com] [www.researchgate.net].

Manajemen flux: gunakan secara proporsional. Flux berlebih membawa kotoran dan mendorong oksida (ash), terlalu sedikit membuka jalan oksigen. Pedoman tipikal: ~0,15–0,20 kg penambahan flux per hari kerja untuk ketel ukuran menengah [www.researchgate.net]. Jagalah tangki flux bersih (minim Fe dan padatan tak larut) serta pastikan flux segar guna mencegah carryover Fe dari tahap pretreatment (ada yang mengusulkan Fe dalam flux <0,5 wt.%).

Skimming dross berkala: singkirkan dross yang mengendap. Studi kasus Nigeria menunjukkan skimming 3–5 slab dross dasar per hari menjaga dinding ketel bebas “skim line” dan mencegah pitting [www.researchgate.net]. Praktiknya, banyak bengkel melakukan skimming dasar dan pengganyangan kerak permukaan setidaknya sekali per shift.

Persiapan baja: permukaan harus bersih dan ter‑pickling (pickling = pembersihan oksida dengan asam) serta dibilas tuntas. Skala pabrik/oli berat menghambat coating dan memicu reaksi tidak merata. Konsensus industri: pickling yang kurang baik bisa melipatgandakan pickup Fe dan secara kasar menggandakan dross [pmc.ncbi.nlm.nih.gov].

Penutup ketel/selubung gas: penggunaan salt/sn flux cover atau inert‑gas blanket bila memungkinkan akan menekan oksidasi permukaan (efek serupa Al), memotong pembentukan zinc ash, sekaligus menstabilkan temperatur bagian atas bak sehingga menghindari spot dingin tempat Fe mudah mengendap.

Pemantauan aditif: ukur Ni, Al, dan Fe bak secara berkala (XRF atau kimia basah) dan sesuaikan agar tetap di target. Jika Ni melampaui ~0,06%, hentikan penambahan atau encerkan bak; jika Fe merayap mendekati ~0,2%, jadwalkan skimming atau partial turnover [www.mdpi.com] [www.mdpi.com].

Hasil kuantitatif dan benchmark limbah

Dampak kontrol proses yang ketat bisa signifikan: satu pabrik melaporkan bahwa setelah memasang dosing flux otomatis dan skimming harian, bobot dross dasar turun 50% sementara ash permukaan berkurang 30%. Secara umum, pabrik batch yang terkelola baik membukukan yield dross <1% dari konsumsi seng, sedangkan operasi out‑of‑spec membuang 3–5% sebagai dross [www.mdpi.com] [www.researchgate.net]. Pada akhirnya, kombinasi [kontrol temperatur dan kimia bak yang ketat](https://beta.co.id/blog/dross-di-hotdip-galvanizing-saat-suhu-kimia-baja-dan-additives-mengatur-neraca-rugi-seng), skimming rutin, serta persiapan baja yang baik paling efektif untuk meminimalkan kehilangan seng ke dross [www.researchgate.net] [www.mdpi.com] [www.mdpi.com].

Sumber data dan referensi

Ulasan dan studi industri yang menjadi dasar artikel ini mencakup: Dosmukhamedov dkk. (2021) tentang yield dross tipikal 0,5–3,5 wt.% dan kandungan seng pada dross 30–40% [www.mdpi.com] [www.mdpi.com] [www.mdpi.com] [www.mdpi.com]; Nowak dkk. (2020) tentang kontrol Ni (0,04–0,06%) dan Al (~0,005%) serta risiko fasa Γ₂ saat Ni >~0,06% [www.mdpi.com] [www.mdpi.com] [www.mdpi.com]. Studi umur ketel (Amuda dkk., 2008) memaparkan praktik operasi stabil ~460 °C, ~0,2 kg/hari penambahan flux, dan skimming 3–5 slab/hari [www.researchgate.net]. Catatan industri IspatGuru menekankan penghindaran baja rentang Sandelin tanpa penyesuaian kimia bak [www.ispatguru.com]. Pengaruh temperatur dan transisi fasa ζ→Γ dirangkum pada sumber teknis lainnya [www.worldironsteel.com] [www.worldironsteel.com] [www.hu-steel.com] [www.hu-steel.com] [pmc.ncbi.nlm.nih.gov] [pmc.ncbi.nlm.nih.gov] [pmc.ncbi.nlm.nih.gov].