DAPUR INDUKSI
1. PENDAHULUAN
1.1 Sejarah Hubungan teknologi pengecoran dengan peradaban manusia sangat erat disetiap zaman dibuktikan dengan dikenalnya zaman perunggu dan zaman besi. Peradaban tersebut ditandai dengan kemampuan manusia untuk mengolah logam dengan temperatur temperatur leleh yang lebih tinggi. Teknik pengecoran pengecoran adalah proses awal awal dari teknik produksi, hal ini menjadikan teknik pengecoran pengecoran suatu bagian yang sangat penting untuk dipahami. Langkah awal pengenalan teknik pengecoran di dunia kampus dimulai dengan mengenalkan teknik peleburan logam yang salah satunya adalah proses peleburan logam.
1.2. Latar Belakang. Dalam proses pengecoran logam tahapan peleburan untuk mendapatkan mendapatkan logam cair pasti akan dilakukan dengan menggunakan suatu tungku peleburan di mana material bahan baku dan jenis tungku tungku yang akan digunakan digunakan harus disesuaikan disesuaikan dengan material yang akan dilebur. Pemilihan tungku peleburan yang akan digunakan untuk mencairkan logam harus sesuai dengan bahan baku yang akan dilebur. Paduan Aluminium, paduan tembaga, paduan timah hitam, dan paduan ringan lainnya biasanya dilebur dengan menggunakan
tungku
peleburan
jenis
krusibel,sedangkan
untuk
besi
cor
menggunakan menggunakan tungku induksi frekwensi fr ekwensi rendah atau kupola. Tungku induksi rekwensi tinggi biasanya digunakan digunakan untuk melebur baja dan material material tahan temperatur tinggi. Tungku yang paling banyak digunakan dalam pengecoran logam antara lain ada lima jenis yaitu; Tungku jenis kupola, tungku pengapian langsung, tungku krusibel, tungku busur listrik, dan tungku induksi. Dalam memproduksi besi cor tungku yang paling banyak digunakan industri pengecoran adalah krusibel dan tungku induksi, jenis kupola sudah mulai jarang digunakan karena pertimbangan tertentu. Berikut ini uraian tentang tungku induksi
2. ISI
2.1. Kajian Tentang Tentang Dapur Dapur Induksi Secara umum tanur induksi digolongkan sebagai tanur peleburan (melting furnace) dengan frekuensi kerja jala-jala (50 Hz) sampai frekuensi tinggi (10000 Hz) dan tanur penahan panas (holding furnace) yang bekerja pada frekuensi jala-jala. Tanur induksi listrik adalah tanur yang melebur logam dengan medan elektromagnet yang dihasilkan oleh induksi listrik, baik yang berfrekuensi rendah maupun yang berfrekuensi tinggi. Tanur induksi biasanya berbentuk crucible yang dapat dimiringkan. Tanur ini dipakai untuk melebur baja paduan tinggi, baja perkakas, baja untuk cetakan, baja tahan karat,dan baja tahan panas yang tinggi.. Penggunaan tanur induksi di industri pengecoran logam dewasa ini telah semakin berkembang. Hal ini terutama karena tanur induksi menjanjikan beberapa kelebihan antara lain: 1.
Hasil peleburan bersih.
2.
Mudah dalam mengatur/mengendalikan mengatur/mengendalikan temperatur.
3.
Komposisi cairan homogen.
4.
Efisiensi penggunaan energi panas tinggi.
5.
Dapat digunakan untuk melebur berbagai jenis material Namun demikian terdapat pula hambatan/kendala yang perlu diperhatikan
yaitu: 1. Infestasi biaya beban tetap yang cukup besar menuntut loading yang tinggi. 2. Biaya operasi yang besar menuntut tingkat kegagalan yang rendah. 3. Dibutuhkan operator maupun teknisi berpengalaman dalam mengoperasikannya. 4. Tingkat bahaya besar, mengingat tanur ini menggunakan menggunakan enerji listrik yang sangat besar. 5. Biaya perawatan besar.
2.2. Bagian-Bagian Dapur Induksi Induksi Secara umum konstruksi dari dapur induksi bentuknya tidak jauh beda dengan dapur-dapur peleburan lainnya. Akan tetapi bagian-bagian dalam dapur induksi tentu berbeda sesuai fungsi dan perannya.
Gambar 2. 2.1 Kostruksi dari dapur induksi
Gambar 2. 2.2 Kostruksi dari dapur dapur induksi
Bagian - bagian bagian dapur dapur induksi terdiri dari 1. Spot : bias disebut juga dengan dengan corong yang yang berfungsi sebagai sebagai tempat keluarnya cairan logam yang sudah dileburkan. 2. Crusible : sebagai tempat pemanasan logam 3. Lining : lapisan pada diding bagian dalam yang tahan panas , berfungsi sebagai krus. 4. Antena : memiliki peranan penting sebagai sensor kebocoran
yang berfungsi
untuk mendeteksi kebocoran cairan logam pada lining (lapisan pada dinding bagian dalam induction furnace), apabila terdapat kerusakan pada lining dikarenakan crack (retak), erosi, serta lining tergerus yang menyebabkan cairan logam bisa keluar menembus ke plat bajanya dan bisa terus melelehkannya serta cairan logam bisa sampai terus merusak induktor tembaga yangdidalamnya terdapat air, maka akan terjadi ledakan l edakan pada induction furnace. 5. Coil (Induktor) (Induktor)
: komponen komponen yang tersusun dari lilitan kawat berfungsi
menimbulkan arus listrik. 6. Refaktori : merupakan material yang mempunyai ketahanan dalam temperatur tinggi d an material yang mampu mempertahankan sifatnya terhadap tegangan mekanik maupun serangan kimia dari gas-gas panas, cairan logam dan slag 7. Dan komponen-komponen lainnya.
2.3. Prinsip Proses Peleburan Peleburan Dengan Dengan Tanur Induksi Induksi Tanur induksi bekerja dengan prinsip transformator dengan kumparan primer dialiri arus AC dari sumber tenaga dan kumparan sekunder. Kumparan sekunder sekunder yang diletakkan didalam medan mahnit kumparan primer akan menghasilkan arus induksi. Berbeda dengan transformator, kumparan sekunder digantikan oleh bahan baku peleburan serta dirancang sedemikian rupa agar arus induksi tersebut berubah menjadi panas yang sanggup mencairkannya. Sesuai dengan frekuensi kerja yang digunakan, tanur induksi dikatagorikan sebagai tanur induksi frekuensi jala-jala (50 Hz – 60 Hz) dengan kapasitas lebur diatas 1 ton/jam dan tanur induksi frekuensi menengah (150 Hz – 10000 Hz) untuk tanur dengan kapasitas lebur rendah.
Frekuensi jala-jala pada tanur induksi frekuensi menengah diubah terlebih dahulu dengan menggunakan menggunakan thyristor thyristor menjadi freukensi yang lebih tinggi sebelum dialirkan kekumparan primer.
Gambar 2.3.1. Skema tanur induksi frekuensi menengah
Secara umum tanur induksi terdiri dari 2 jenis yaitu: a. Dapur induksi jenis saluran. Jenis saluran inidigunakan sebagai holding furnace (hanya berfungsi untuk menahan temperatur cairan agar tidak turun).
Gambar 2.3.2. Dapur induksi jenis saluran potongan melintang.
Prinsip pemanasan tanur induksi jenis saluran. Pemanasan hanya dilakukan pada bagian saluran cairan. Bahan cair yang panas akan bergerak keatas, sedangkan bahan cair yang dinggin bergerak kebawah mengisi saluran. Dengan demikian cairan didalam tanur akan mengalami sirkulasi.
Gambar 2.3.3. 2.3.3. Prinsip pemanasan pemanasan dapur induksi jenis jenis saluran.
b. Dapur Induksi jenis krus
Gambar 2.3.4 Dapur induksi jenis krus.
Untuk dapur jenis ini digunakan sebagai dapur peleburan. Tanur induksi jenis krus dikonstruksi sedemikian rupa disesuaikan dengan ukuran dan jenis bahan yang dilebur, sehingga terdapat tanur induksi frekuensi jala-jala, tanur induksi frekuensi menengah dan tanur induksi frekuensi tinggi.
Gambar 2.3.5. Prinsip dapur induksi jenis krus.
Hal penting yang harus diperhatikan dalam memilih frekuensi kerja tanur induksi adalah hubungannya dengan ukuran minimum bahan baku yang dapat ditembus oleh frekuensi tersebut, sebagai berikut
Dimana : δ
= kedalaman penetrasi elektromagnetik [m].
K = Konstanta bahan baku. f = Frekuensi kerja [Hz]. Ukuran minimum bahan baku yang dapat dilebur tanpa bantuan cairan adalah: D = 3,5 x
δ
Pada tanur induksi frekuensi jala-jala (50 Hz), mengingat dimensi bahan baku minimumnya sedemikian besar, maka peleburan pertama selalu dimulai dengan bahan berukuran besar sebagai starting-block serta selalu disisakan sekurang-kurangnya 1/3 cairan didalam tanur untuk membantu proses peleburan berikutnya
Oleh Brown Bovery C. ditabelkan dit abelkan sebagai berikut :
Tabel 2.3.1 Ukuran minimum bahan baku
Pada tanur induksi frekuensi jala-jala (50 Hz), mengingat dimensi bahan baku minimumnya sedemikian besar, maka peleburan pertama selalu dimulai dengan bahan berukuran besar sebagai starting-block serta selalu disisakan sekurang-kurangnya 1/3 cairan didalam tanur untuk membantu proses peleburan berikutnya.
2.4. Lining Tanur Induksi Hal utama yang perlu sangat diperhatikan disamping prinsip pemanasan dan pencairan pada penggunaan tanur induksi adalah lapisan bahan tahan panas ( lining) yang berfugsi sebagai krus. Kualitas lining ini sangat berperan terhadap fungsi, keselamatan kerja, metalurgi peleburan dan efisiensi. Beban-beban Beban-beban yang harus dapat diatasi oleh lining adalah: a.
Temperatur tinggi selama proses peleburan dan perubahan temperatur dari tinggi kerendah yang sangat cepat (temperatur shock) dan berulang-ulang khususnya ketika bahan baku dimuatkan.
b.
Gaya-gaya mekanik yang dihasilkan oleh tekanan cairan, benturan bahan baku dan gesekan baik ketika bahan masih beku ataupun telah mencair.
c.
Efek-efek metalurgi dari reaksi-reaksi yang berlangsung antara lining dengan bahan dan terak cair, unsur-unsur asing serta merusak yang berasal dari bahan baku (Zn, Pb) yang pada temperatur peleburan besi berada dalam keadaan sangat cair sehingga mampu menyusup diantara celah-celah lining.
Ketebalan lining tanur induksi berpengaruh pula terhadap efisiensi penggunaan energi listrik karena lining yang terlalu tebal akan menghambat aliran induksi. Dengan
demikian
lining
harus
dibuat
setipis
mungkin
dengan
tetap
mempertimbangkan keamanan tanur. Dewasa ini tergantung dari kapasitas muat tanur, ketebalan lining adalah antara 80 mm sampai dengan 200 mm. Lining tanur induksi terbuat dari bahan berbentuk serbuk kasar yang kering.
Bahan tersebut harus dapat terpasang dengan baik melapisi kumparan bagian dalam. Kekuatan dari bahan lining tersebut baru diperoleh setelah bahan mengalami proses sintering. Proses sintering adalah proses pemanasan terhadap lining baru sehingga bahan lining yang semula terdiri dari serbuk kasar, sebagian berubah menjadi bersifat
keramik yang tahan terhadap temperatur tinggi dan pengaruh-pengaruh kimiawi, sebagian berupa padatan masif yang segera akan berubah menjadi keramik bila daerah keramik telah menipis dan sebagian masih merupa serbuk yang mampu meredam getaran akibat benturan oleh bahan baku serta meredam retakan lining. Selama proses peleburan daerah keramik akan terus menerus terkikis oleh cairan, namun demikian daerah padatan yang terletak tepat disebelahnya akan segera menjadi keramik sehingga ketebalan daerah daerah keramik ini relatif tetap. Hal mana terjadi pula terhadap daerah padatan yang pada saat bagian terdepan berubah menjadi keramik bagian lain segera digantikan oleh bagian bahan serbuk yang berubah menjadi padatan. Dengan demikian pada akhirnya bagian lining yang akan habis adalah bagian yang masih berupa serbuk. Artinya, bila bagian ini sudah habis maka lining tidak akan mampu lagi untuk meredam getaran dan retakan. Hal ini menjadi indikator bahwa lining harus segera diperbarui.
Penetrasi panas
Daerah cairan
Permukaan keramik Bahan lining padatan Bahan lining tetap serbuk Bahan isolator
Gambar 2.4.1 Lining setelah Lining setelah proses
Penetrasi panas
Daerah cairan
Permukaan keramik Bahan lining padatan Bahan isolator Gambar 2.4.1 Lining setelah Lining setelah digunakan berkali-kali
Ketebalan dari masing-masing daerah lining sesaat setelah proses sintering selesai adalah relatif sama, dengan demikian lining dapat dinyatakan habis bila ketebalannya ketebalannya tinggal 2/3 dari ketebalan semula.
Tiga daerah lining dan masing-masing fungsinya:
Daerah keramik yang tahan terhadap temperatur tinggi dan pengaruh-pengaruh kimiawi.
Daerah padatan masif yang segera akan berubah menjadi keramik bila daerah keramik telah menipis.
Daerah serbuk yang mampu meredam getaran akibat benturan oleh bahan baku serta meredam retakan lining.
Daerah cairan Permukaan keramik Bahan lining padatan Bahan lining tetap serbuk
2.5. Pemuatan bahan peleburan. Proses
peleburan
dengan
tanur
induksi
akan
semakin
efisien
bila
menggunakan bahan baku yang masif (berukuran besar) dan kompak. Keuntungan yang diperoleh dari bahan masif adalah : 1.
Bahan yang dilewati oleh medan induksi lebih banyak sehingga menghasilkan enerji panas yang lebih besar.
2. Permukaan bahan yang bersentuhan dengan udara sedikit sehingga mengurangi efek oksidasi. 3. Bahan homogen dengan komposisi yang serupa sehingga mengurangi faktor kesalahan peramuan. 4. Mengurangi kemungkinan bahan asing dan kotoran ikut terbawa pada saat pemuatan sehingga lebih dapat menjamin pencapaian komposisi yang dikehendaki serta mengurangi terak ataupun bahaya-bahaya lain yang ditimbulkannya. ditimbulkannya.
Ketersediaan cairan didalam tanur juga akan dapat meningkatkan kecepatan. peleburan.Maka dalam hal pemuatan bahan kedalam tanur indsuksi berlaku urutan sebagai berikut:
Tanur induksi frekuensi jala-jala: 1. Sarting blok untuk awal peleburan : 2. Sisa cairan, yaitu 1/3 dari kapasitas tanur untuk peleburan lanjutan. 3. Besi kasar. 4. Bahan daur ulang. 5. Besi bekas. 6. Baja bekas.
7. Baja bekas. 8. Bahan paduan, dimana paduan dengan kehilangan terbakar (melting loss) tinggi dimuatkan paling akhir.
Poin 1 merupakan tuntutan wajib bagi tanur induksi frekuensi jaringan, sebab tanpa starting block proses peleburan tidak dapat berlangsung. Sedangkan poin 2 adalah upaya untuk meningkatkan efisiensi enerji peleburan. Poin 3 sampai 8 merupakan urutan prioritas bila bahan-bahan tersebut digunakan
Tanur induksi frekuensi menengah dan tinggi: 1. Sarting blok untuk awal peleburan (bila tersedia). 2. Besi kasar. 3. Bahan daur ulang. 4. Besi bekas. 5. Baja bekas. 6. Carburisher (bersama baja bekas). 7. Bahan paduan, dimana padfuan dengan kehilangan terbakar (melting loss) tinggi dimuatkan paling akhir. Poin 1 lebih baik dilakukan walaupun tanpa sarting blok proses peleburan
dengan tanur induksi frekuensi menengah sampai tinggi tetap dapat dilakukan. Sedangkan poin 2 sampai 7 merupakan urutan prioritas bila bahan-bahan tersebut digunakan.
3. KESIMPULAN
1. Dapur Induksi termasuk dalam dapur peleburan yang prinsi kerjanya menggunakan menggunakan induksi arus listrik. 2. Dapur Induksi Induksi mempunyai mempunyai beberapa keuntungan keuntungan yaitudapat yaitudapat meleburkan meleburkan semua jenis baja dan bahan material yang lainnya yang tidak dapat dileburkan oleh dapur-dapur peleburan yang lain. Tempearur dapat diatur serta kebersihannya dan karateristik memadai. 3. Disamping banyak keuntungan dari dapur induksi ada juga kerugiannya yaitu dalam hal biaya dan pengoperasian yang sulit, sehingga dibutuhkan tenaga ahli yang handal.
DAFTAR PUSTAKA
Mikel, P. Grover. Fundamental of Modern Manufacturing http://ghulamzoldics.wordpress.com/ electric-mechanic.blogspot.com/2010/11/ tungku-induksi.html epository.usu.ac.id/bitstream/12345 epository.usu.ac.id/bitstream/123456789/22553/4/Cha 6789/22553/4/Chapter%20II.pdf pter%20II.pdf http://hapli.wordpress.com/foundry/peleb http://hapli.wordpress.com/foundry/peleburan-dengan-tanur-ind uran-dengan-tanur-induksi/ uksi/ http://mechanical90.blogspot.com/201 http://mechanical90.blogspot.com/2010/03/jenis-jenis-tungk 0/03/jenis-jenis-tungku-peleburan-logam.h u-peleburan-logam.html tml
TEKNOLOGI PENGECORAN “
DAPUR INDUKSI
”
Disusun oleh : DANANG KURNIAWAN I0409012
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2012
