Selama proses produksi strip tembaga dan paduan tembaga, terdapat berbagai kontaminan organik dan anorganik di permukaan setelah strip dianil dan digulung. Jika ditangani secara tidak tepat atau berada dalam atmosfer bersuhu tinggi, permukaan strip tembaga akan teroksidasi, dan sisa oli penggulungan juga dapat mencemari permukaan strip. Jika produk antara disimpan secara tidak benar, hal tersebut juga dapat menyebabkan perubahan warna pada permukaan. Dengan semakin luasnya penerapan produk strip tembaga di industri modern, persyaratan terhadap kualitas permukaannya semakin tinggi. Untuk memperoleh strip tembaga berkualitas tinggi, sangat penting untuk memperkuat proses pembersihan permukaannya. Oleh karena itu, teknologi dan peralatan pembersihan permukaan strip tembaga umumnya sangat dihargai.
1 Teknologi Pembersihan Permukaan Strip Tembaga
1.1 Penghilangan Minyak
Tujuan dari pembersihan lemak adalah untuk menghilangkan kontaminan organik pada permukaan strip tembaga, terutama sisa minyak rolling dan minyak mekanis yang tercampur di dalamnya. Pembersihan lemak terutama dilakukan sebagai persiapan sebelum proses pengasaman dan pemolesan permukaan. Jika pembersihan lemak tidak tuntas, oksida pada permukaan strip tembaga tidak dapat sepenuhnya dibersihkan oleh asam. Metode pembersihan lemak meliputi: pembersihan dengan pelarut, pembersihan dengan larutan alkali, pembersihan elektrolitik, dan pembersihan ultrasonik.
1.1.1 Penghilangan Minyak dengan Pelarut
Pelarut pembersih lemak meliputi yang berbasis minyak bumi, mengandung klorin, mengandung fluorin, dan surfaktan. Sistem berbasis minyak bumi mudah menyebabkan kebakaran, sistem klorin bersifat karsinogenik, dan sistem fluorin merusak lapisan ozon, sehingga jarang digunakan. Belakangan ini, lebih banyak surfaktan telah dikembangkan. Surfaktan membawa gugus lipofilik ke dalam molekul dan mengemulsikan minyak dalam air untuk mencapai pembersihan lemak.
1.1.2 Penghilangan Minyak dengan Larutan Alkali
Lemak dan minyak hewani serta nabati diuraikan dengan alkali dan dihidrolisis untuk menghasilkan natrium asam lemak berkualitas tinggi (sabun) dan gliserin. Reaksi saponifikasi ini mencapai penghilangan lemak, dan sabun yang dihasilkan berperan sebagai surfaktan anionik untuk membantu proses penghilangan lemak. Namun, minyak pelumas adalah minyak mineral, terutama karbohidrat alifatik dari minyak bumi, dan tidak mengalami saponifikasi. Oleh karena itu, surfaktan harus ditambahkan dalam proses degreasing alkali.
1.1.3 Penghilangan Minyak Elektrolitik
Degreasing elektrolitik adalah metode yang sangat efektif. Biasanya diberi energi dalam larutan degreasing alkali. Air mengalami elektrolisis. Elektrolisis katodik (pita tembaga digunakan sebagai katoda) menghasilkan hidrogen, dan elektrolisis anodik menghasilkan oksigen. Gelembung yang dihasilkan dapat mengupas kontaminan permukaan. Hidrogen yang dihasilkan oleh elektrolisis katodik dua kali lipat dari oksigen, dan efek reduksi hidrogen juga mengaktifkan permukaan. Oleh karena itu, degreasing elektrolitik pada strip tembaga menggunakan metode elektrolisis katodik, tetapi perlu diperhatikan pengendapan kotoran logam dalam larutan degreasing serta terjadinya degreasing berlebih. Penambahan sianida membantu mencegah pengendapan kotoran logam, tetapi memiliki masalah polusi dan harus digunakan dengan ketat. Elektrolisis anodik, karena oksidasi oksigen, dapat menghilangkan bahan pengawet pada permukaan strip tembaga yang tidak dapat dihilangkan oleh elektrolisis katodik, tetapi rentan terhadap degreasing berlebih.
I. 1.4 Penghilangan Minyak dengan Ultrasonik
Mesin Pembersih Degreasing Ultrasonik terdiri dari generator sinyal ultrasonik dan tangki pembersih degreasing. Generator sinyal ultrasonik menghasilkan sinyal osilasi frekuensi tinggi (gelombang sinus), yang menghasilkan puluhan ribu osilasi mekanis berfrekuensi tinggi per detik melalui transduser, dan membentuk gelombang ultrasonik dalam cairan degreasing, yang berosilasi antara tekanan positif dan negatif pada frekuensi tinggi. Radiasi ke depan merambat (dengan fungsi radiasi langsung, refleksi, dan refraksi) secara padat dan terus-menerus menyebabkan cairan degreasing terus-menerus menghasilkan banyak gelembung kecil dan terus pecah. Fenomena ini disebut “efek kavitasi”. Saat gelembung pecah, terbentuk tekanan tinggi sesaat di atas 1.000 atmosfer, menghasilkan serangkaian ledakan, melepaskan energi yang sangat besar, dan memberikan dampak besar pada permukaan strip tembaga, sehingga minyak cepat terkelupas dari permukaan strip, mencapai tujuan degreasing dan pembersihan. Dengan menggunakan degreasing pelarut ultrasonik, jika permukaan strip tembaga sedikit teroksidasi, tidak diperlukan proses pengasaman. Agen pasivasi ditambahkan ke agen pembersih untuk menyelesaikan pasivasi sekaligus melakukan pembersihan, yang sangat menyederhanakan proses dan peralatan degreasing pembersihan.
1.2 Pengawetan Asam
Dibandingkan dengan pembersihan permukaan secara mekanis, terdapat dua jenis pembersihan kimia pada permukaan strip tembaga: pengawetan dan perendaman. Metode menghilangkan lapisan oksida tebal di permukaan dan merendam strip tembaga dalam larutan asam untuk waktu yang lama disebut pengawetan; sedangkan metode menghilangkan lapisan oksida dan merendam strip tembaga dalam larutan asam untuk waktu yang singkat disebut perendaman. Secara tradisional, kedua metode ini secara kolektif disebut sebagai pengawetan. Larutan pengawetan strip tembaga biasanya menggunakan larutan asam sulfat, dan konsentrasinya bergantung pada tingkat oksidasi permukaan strip tembaga. Oksidasi permukaan pada produksi strip tembaga modern relatif ringan, dan sebagian besar proses pengawetannya menggunakan larutan asam sulfat dengan konsentrasi 5% hingga 15%. Suhunya adalah suhu ruangan, dan beberapa dinaikkan hingga 60°C. Waktu penggunaan pengawetan tipe aliran berlangsung antara 10 hingga 60 detik. Parameter proses pengawetan yang spesifik harus disesuaikan sesuai dengan varietas strip tembaga dan kondisi permukaannya yang berbeda. Konsentrasi larutan asam untuk kuningan relatif rendah, sedangkan untuk perunggu dan tembaga merah relatif lebih tinggi. Untuk memperkuat efek pengawetan paduan tembaga-nikel, oksidan seperti asam nitrat dan hidrogen peroksida dicampurkan ke dalam larutan asam sulfat. Namun, karena asam nitrat memiliki volatilisasi NO₂, penggunaannya tidak boleh berlebihan. Asam klorida akan menghasilkan media korosif berbasis klorida, yang akan mempercepat perubahan warna pada strip tembaga dan merusak peralatan, sehingga harus dihindari. Secara umum, kombinasi antara pengawetan dan penggilingan dapat memberikan hasil yang baik.
1.3 Penggilingan dan Pembersihan
Metode penggilingan meliputi pemolesan, penyikatan rol, dan penggilingan rol, dll., untuk membersihkan permukaan mekanis. Tambahkan bahan abrasif seperti silikon karbida, alumina, dll. ke roda pemoles yang terbuat dari kain, linen, resin, dll., atau gunakan sikat kawat nilon (poliamida) yang dilapisi alumina. Penyikatan mekanis untuk membersihkan permukaan strip tembaga. Untuk meningkatkan kualitas pemolesan dan penggilingan permukaan strip tembaga, pembersihan degreasing, pengasaman, pemolesan, dan penggilingan biasanya digabungkan menjadi satu jalur produksi. Saat melakukan pemolesan dan penggilingan, untuk berbagai jenis sabuk tembaga, ketebalan sabuk, dan kondisi permukaan, harus dipilih rol sikat pemoles dan penggiling yang berbeda serta diameter filamen kawat nilon (poliamida), ukuran partikel, atau kerapatan dan kekerasan rol sikat. Untuk sikat kawat pemoles yang dilapisi alumina, biasanya digunakan sikat pemoles dengan diameter kawat 0,25-0,3 mm dan ukuran partikel 500-600 mesh. Untuk rol sikat abrasif yang terbuat dari kain non-woven, ukuran partikelnya adalah 1500～2000 mesh, dengan kekerasan 40 (lembut) atau 60 (sedang). Untuk produk dengan persyaratan yang lebih tinggi terhadap permukaan strip tembaga, bahkan dapat digunakan rol sikat abrasif dengan ukuran partikel 250.000 hingga 3.000 mesh. Semakin tinggi mesh-nya, semakin pendek umur pakai sikat tersebut. Saat digunakan, sesuaikan tekanan kontak antara sikat pemoles dan permukaan strip tembaga, atau jumlah penggilingan rol sikat penggiling, serta kecepatan putaran rol sikat yang sesuai dengan kondisi permukaan strip tembaga. Untuk strip perunggu timah-fosfor yang telah digulung kasar dan dianil, untuk menghilangkan cacat permukaan yang disebabkan oleh pengecoran dan penggulungan serta meningkatkan kualitas permukaan strip, sering digunakan roda gerinda elastis dengan mesh yang lebih rendah (220 mesh). Pemolesan permukaan sederhana dilakukan pada strip tebal. Wanfang Data No. 2 Gong Shoupeng: Teknologi dan Peralatan Pembersihan Permukaan Strip Tembaga 71 Meskipun perlakuan ini meningkatkan kehilangan logam di permukaan strip, hal itu akan berperan signifikan dalam meningkatkan kualitas permukaan strip tembaga. Metode ini juga efektif untuk menghilangkan dan memperbaiki permukaan strip kuningan yang dihasilkan oleh pengecoran kontinu horizontal akibat proses peleburan dan pengecoran serta operasi yang tidak tepat.
1.4 Perlakuan Pasivasi Permukaan (Pencegahan Karat)
Karena logam tembaga itu sendiri bersifat basa Lewis, ia mudah kehilangan elektron dan teroksidasi, terutama paduan tembaga memiliki perbedaan potensial negatif, sehingga sangat mudah teroksidasi di lingkungan yang lembap dan panas, yang menyebabkan perubahan warna. Oleh karena itu, pencegahan perubahan warna setelah pembersihan juga merupakan bagian penting dari proses perlakuan permukaan pada strip tembaga. Perlakuan anti-karat tradisional meliputi pasivasi kromat dan pasivasi benzotriazol (BTA). Kromat memiliki sifat pengoksidasi yang kuat dan dapat membentuk lapisan pasivasi yang tidak aktif di permukaan tembaga, sehingga berperan sebagai pelindung dan memberikan efek pasivasi yang baik. Namun, karena kendala lingkungan, metode pemurnian ini tidak lagi dapat digunakan secara luas. Benzotriazol dan turunannya memiliki efek yang baik dalam menghambat korosi pada tembaga, dan saat ini merupakan zat pasivasi yang paling banyak digunakan. Mekanisme pasivasi BTA (C₆H₅N₃) adalah bahwa atom H pada gugus NH pada cincin benzena BTA berulang kali berkoordinasi dan bergabung dengan tembaga monovalen membentuk lapisan senyawa mirip polimer yang memiliki ikatan yang kuat dengan strip tersebut. Menurut data, ketebalan lapisan dapat mencapai 5×10⁻⁶ mm, stabilitas termalnya hingga 300°C, titik leburnya di bawah 100°C, serta kinerjanya stabil pada rentang pH 3-12. Saat digunakan, konsentrasi larutan airnya adalah 0,5%-1% (persen berat), dengan suhu 60-80°C. Karena kelarutan BTA dalam air terbatas, sebaiknya dilarutkan dengan sejumlah alkohol saat persiapan, kemudian dituangkan ke dalam air lunak. Dalam beberapa tahun terakhir, sebuah jenis baru agen pasivasi paduan tembaga bernama CC-2002 telah dikembangkan di Tiongkok. Produk ini didasarkan pada BTA dengan berbagai aditif organik. Persiapan, penggunaan, dan pemeliharaan cairannya sangat sederhana. Efek anti-karatnya jauh lebih baik dibandingkan BTA tradisional, serta tidak mengandung ion logam berat atau bahan kimia berbahaya bagi lingkungan, dan pH-nya mendekati netral. Selain itu, produk ini tidak menimbulkan korosi pada peralatan dan tidak mengiritasi kulit, sehingga merupakan jenis zat pasivasi baru yang layak untuk dipromosikan dan diaplikasikan.
2 Peralatan Pembersihan Permukaan Strip Tembaga
Unit pembersihan strip tembaga adalah peralatan khusus yang dikembangkan dalam 20 tahun terakhir, dan telah terus ditingkatkan serta disempurnakan dalam penggunaan aktual. Biasanya, unit pembersihan strip tembaga terdiri dari berbagai unit fungsional. Unit-unit fungsional tersebut meliputi unit degreasing dan pencucian, unit pengasaman dan pencucian, unit pemolesan dan pencucian, serta unit pasivasi dan pengeringan. Unit-unit fungsional yang berbeda dapat membentuk jalur produksi perlakuan permukaan strip tembaga untuk tujuan yang berbeda, seperti: jalur produksi degreasing permukaan; jalur produksi degreasing dan pengasaman permukaan; jalur produksi degreasing, pengasaman, pemolesan, penggilingan, dan pasivasi permukaan. Selain itu, karena panjangnya jalur pembersihan dari kombinasi unit multifungsi, luas lantai yang besar, dan operasi di bagian depan yang tidak nyaman, tata letak jalur pembersihan baru-baru ini mengembangkan jalur pembersihan strip tembaga dua lapis selain tata letak satu lapis. Tata letak satu lapis dari jalur produksi pembersihan strip tembaga ditunjukkan pada Gambar 1, dan tata letak dua lapis dari jalur produksi pembersihan strip tembaga ditunjukkan pada Gambar 2.
2.1 Penyambungan Pita Tembaga
Penyambungan bagian kepala dan ekor dari dua gulungan pita tembaga umumnya menggunakan mesin penyambung strip hidrolik, yang dilengkapi dengan dua cetakan atas dan bawah, sistem hidrolik, serta pelat pandu depan dan belakang. Gunakan cetakan atas dan bawah yang berbentuk cekung-cembung untuk meninju sambungan dan memasukkan kawat tembaga untuk menghubungkan kedua strip tersebut. Setiap kali bagian yang disambung melewati rol penjepit, rol pemeras, atau rol sikat, rol-rol tersebut akan secara otomatis terangkat untuk mencegah kerusakan. Setelah bagian yang disambung lewat, rol akan secara otomatis ditekan kembali. Baru-baru ini, metode pengelasan titik busur argon untuk menyambung strip mulai digunakan pada mesin pembersih karena operasinya yang sederhana.
2.2 Unit Penghilangan Minyak dan Pencucian
Unit ini biasanya terdiri dari ruang degreasing sabuk, ruang pembersihan air dingin, beberapa pasang rol pemeras tertutup, tangki penyimpanan agen degreasing, sistem sirkulasi, dan perangkat pemanas. Dalam beberapa tahun terakhir, untuk meningkatkan efek degreasing, telah ditambahkan pra-degreasing semprot di depan ruang degreasing. Ruang degreasing dilengkapi dengan rol sikat kawat nilon (Belon) tanpa bahan abrasif dan rol tekanan balik. Arus motor rol sikat dapat disesuaikan untuk mengatur tekanan sikat terhadap sabuk. Unit degreasing Hyundai juga dilengkapi dengan filtrasi agen degreasing dan perangkat pemisahan minyak-air otomatis. Pemisahan minyak-air pada agen degreasing yang kurang baik akan menyebabkan efek degreasing menurun.
2.3 Pengawetan Asam dan Pencucian Air
Struktur tangki pengawetan strip memiliki dua jenis: tipe lapisan tunggal sederhana yang tembus dan tipe dua lapis atas-bawah. Pengawetan strip tembaga modern menggunakan struktur tangki pengawetan sirkulasi dua lapis atas-bawah dengan sistem pengangkatan. Lapisan bawah menyimpan asam, sedangkan strip melewati lapisan atas. Jika strip perlu diawetkan, nyalakan pompa sirkulasi asam untuk mengangkat asam dari lapisan bawah ke lapisan atas, sehingga strip terendam sepenuhnya dalam asam. Karena cairan asam yang merendam strip berada dalam kondisi mengalir, efek pengawetannya lebih baik. Jika strip tidak perlu diawetkan, cukup matikan pompa asam, asam di lapisan atas akan mengalir kembali ke lapisan bawah, dan strip akan melewatinya secara langsung. Setelah pengawetan, terdapat cairan asam pada permukaan strip tembaga. Biasanya, dua pasang rol pemeras dipasang di bagian keluar tangki asam, dan setelah diperas, strip masuk ke ruang pencucian air dingin yang terdiri dari pipa dan nozel.
2.4 Pemolesan, Penggilingan, dan Penggosokan
Pemolesan, penggilingan, dan penyikatan adalah tahapan yang sangat penting dalam pembersihan permukaan strip tembaga. Proses ini biasanya dilakukan di dalam kotak penggosok yang dilengkapi dengan sikat pemoles atau sikat abrasif yang berputar dengan kecepatan tinggi, sambil menyemprotkan sejumlah besar air untuk membilas. Terdapat banyak jenis rol sikat; rol sikat kawat nilon biasa dapat digunakan untuk penyikatan umum. Untuk pemolesan dan penggilingan permukaan strip, sering digunakan rol sikat yang disusun secara spiral dengan alumina atau silikon karbida (Anderlon), atau kain non-woven buatan berkekuatan tinggi sebagai rol penggiling abrasif berbahan serat. Untuk strip tembaga dengan lebar hingga 400 mm, rol sikat untuk pemolesan dan penggilingan dapat menggunakan struktur kantilever. Sedangkan untuk strip dengan lebar lebih dari 400 mm, sebagian besar strukturnya didukung pada kedua ujung rol sikat. Ketelitian pembuatan peralatan, keseimbangan dinamis rol sikat, serta kondisi pemasangan akan memengaruhi kualitas pemolesan dan penggilingan permukaan strip, bahkan dapat membuat strip tidak layak pakai karena bekas sikat yang jelas. Kecepatan putaran rol sikat dapat mencapai 750–1200 rpm. Selain itu, jumlah rol sikat abrasif juga dapat ditingkatkan, dan berbagai jenis atau ukuran mesh rol sikat abrasif dapat disusun secara berurutan untuk membersihkan permukaan strip tembaga, sehingga meningkatkan kebersihan permukaannya.
2.5 Pemanfaatan Air Pembilasan Multi-level
Sebuah lini produksi pembersihan strip tembaga dengan fungsi degreasing, pickling, polishing, grinding, dan passivasi; setiap unit fungsional harus dilengkapi dengan pencucian air dingin. Jika air pembilasan setiap unit dipasok dan dibuang secara terpisah, konsumsi airnya akan sangat besar. Oleh karena itu, diperkenalkan sebuah perangkat pembilasan air multi-tahap yang disebut “pasokan balik”. Perangkat ini membagi tangki air pembilasan menjadi beberapa tangki air terpisah. Air pembilasan hasil polishing dikembalikan ke Tangki Air No. 1. Air dari Tangki Air No. 1 digunakan sebagai air pembilasan setelah proses pickling strip. Air pembilasan kemudian dikembalikan ke Tangki Air No. 2, yang digunakan untuk pembilasan setelah degreasing strip dan mengalirkan kembali air limbah. Karena air hasil polishing mengandung lebih banyak serbuk tembaga dan partikel lainnya, maka harus dilengkapi filter sabuk terpisah, dan air tersebut dapat didaur ulang setelah difilter.
2.6 Pasivasi dan Pengeringan
Agen pasivasi daur ulang dapat disemprotkan atau direndam untuk bereaksi dengan pita tembaga yang melewatinya, membentuk lapisan pasivasi di permukaan guna mencapai efek pencegahan karat. Suhu udara panas di ruang pengering sekitar 80°C, dan biasanya digunakan kipas sirkulasi udara panas serta kipas dehumidifikasi untuk pemanasan. Untuk memastikan bahwa permukaan strip tembaga kering setelah melewati ruang pengering, kelembapan permukaan strip tembaga yang masuk ke ruang pengering harus dihilangkan terlebih dahulu. Untuk itu, dua pasang rol pengepres karet sering dilengkapi dengan “pisau udara” untuk meniup bersih sisa kelembapan. Belakangan ini, rol milenium 3M (Mill Roll) telah digunakan sebagai pengganti rol pengepres karet. Rol milenium adalah jenis rol berstruktur cakram serat non-woven berpori berkekuatan tinggi dengan efek pengepresan yang lebih baik. Perhatian khusus harus diberikan pada penggunaan rol milenium untuk menghindari sudut yang terlalu tajam dan tepi yang retak pada pita tembaga sehingga menyebabkan kerusakan padanya.
3 Kesimpulan
Peralatan pembersihan strip tembaga yang terdiri dari berbagai unit fungsional tidak hanya dapat memenuhi persyaratan pembersihan permukaan strip tembaga jadi, tetapi juga dapat digunakan untuk pembersihan permukaan strip tembaga pada proses antara, bahkan dapat digunakan untuk penggilingan dan penghilangan cacat permukaan pada bilet canai kasar. Dengan peningkatan berkelanjutan atas persyaratan pelanggan terhadap kualitas permukaan strip tembaga, pengembangan teknologi dan peralatan perlakuan permukaan strip tembaga semakin menarik perhatian pabrik produksi tembaga dan produsen peralatan, serta telah menjadi bagian penting dari teknologi dan peralatan produksi strip tembaga, yang semakin menunjukkan kepentingannya.
