MAKALAH DAPUR LISTRIK Makalah ini disusun untuk memenuhi salah satu Mata Kuliah Teknologi Mekanik
Disusun oleh : 1. DANE SURYA
095524232
2. INDRA WIJAYA
095524298
3. BANGUN KOKO
095524300
4. SYOIM NUZULLIYANTO NUZULLIYANTO
095524305
5. CHAMIM
095524304
UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA FAKULTAS TEKNIK JURUSAN PENDIDIKAN TEKNIK MESIN SURABAYA 2012 1
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT senantiasa kami kehadiran atas segala kasih sayang yang telah kami terima, sehingga makalah ini dapat terselesaikan dengan baik, tanpa hambatan yang berarti. Makalah yang berjudul “Dapur “Dapur Listrik ” ini disusun dalam rangka memenuhi salah satu tugas mata kuliah Teknologi Mekanik. Dalam makalah ini membahas tentang pengertian dan proses dapur listrik. Atas tersusunnya makalah ini, tidak lupa penulis sampaikan terima kasih kepada: 1. Drs. Soeparno HS selaku dosen mata kuliah Teknologi Mekanik 2. Kepada semua pihak yang telah membantu dan memberikan dukungan atas terselesaikannya makalah ini. Tak ada gading yang tak retak. Begitu pepatah mengatakan, bahwa makalah ini masih ada kekurangannya sehingga mohon kritik dan sarannya demi kesempurnaan laporan ini.
Surabaya, 02 Oktober 2012
Penulis
2
DAPUR LISTRIK
Baja adalah logam aloy yang
komponen
utamanya
adalah besi,
dengan karbon sebagai material pengaloy utama. Karbon bekerja sebagai agen pengeras, mencegah atom besi, yang secara alami teratu dalam lattice, begereser melalui satu sama lain. Memvariasikan jumlah karbon dan penyebaran alloy dapat mengontrol kualitas baja. Baja dengan peningkatan jumlah karbon dapat memperkeras dan memperkuat besi, tetapi juga lebih rapuh. Definisi klasik, baja adalah besi-karbon aloy dengan kadar karbon sampai 5,1 persen; ironisnya, aloy dengan kadar karbon lebih tinggi dari ini dikenal dengan besi Sekarang ini ada beberapa kelas baja di mana karbon diganti dengan material aloy lainnya, dan karbon, bila ada, tidak diinginkan. Definisi yang lebih baru, baja adalah aloy berdasar-besi yang dapat dibentuk seccara plastik. Dan umumnya baja juga menjadi bahan pelapis rompi anti peluru, yang dimana baja menjadi bahan pelapis bahan inti rompi tersebut, yaitu bahan milik Kevlar.
Sejarah Penemuan Baja
Teknik peleburan logam telah ada sejak zaman Mesir kuno pada tahun 3000 SM. Bahkan pembuatan perhiasan dari besi telah ada pada zaman sebelumnya. Proses pengerasan pada besi dengan heat treatment mulai diperkenalkan diperkenalkan untuk pembuatan pembuatan senjata pada zaman Yunani 1000 SM. Proses pemaduan yang dibuat mulai ada sejak abad 14 yang diklasifikasikan sebagai besi tempa. Proses ini dilakkan dengan pemanasan sejumlah besar bijih besi dan charchoal dalam tungku atau furnance. Dengan proses ini bijih besi mengalami reduksi menjadi besi sponge metalik yang terisi oleh slag yang merupakan campuran dari pengotor metalik dan abu charcoal. Spone iron ini dipindahkan dari furnance pada saat masih bercahaya dan diselimuti oleh slag yang tebal lalu slagnya dihilangkan untuk memperkuat besi. Pembuatan besi meggunakan metode ini menghasilkan kandingan slag sekiar 3 persen dan 0,1 persen pengotor lain. Kadang kala hasil produksi dengan metode ini menghasilkan baja bukannya besi tempa. Parapembuat besi belajar untuk membuat baja dengan memanaskan besi tempa dan charcoal pada boks yang terbuat dar tanah liat selama beberapa hari. Dengan proses ini besi akan menyerap cukup karbon untuk menjadi baja sebenarnya. Setelah abad ke 14 tungku atau furnance yang digunakan mulai mengalami peningkatan ukuran dan
draft yang digunakan untuk pembakaran gas melewati “charge,” pada 3
pencampuran material mentah. Pada tungku yang lebih besar ini, bijih besi pada bagian bagian atas furnance akan direduksi pertama kali direduksi menjadi besi metalik dan menghasilkan banyak karbon sebagai hasil dari serangan gas yang dilewatinya. Hasil dari furnance ini adalah pig iron, yaitu paduan yang meleleh pada temperatur rendah. Pig iron akan dproses lebih lanjut untuk membuat baja. Pembuatan baja modern menggunakan blast furnance yang juga digunakan untuk memurniakan besi oleh pembuat besi yang lamapu. Proses pemurnian besi cair dengan peledakan
udara
diakui
oleh
penemu
Inggris
Sir
Henry
Bessemer
yang
mengembangkan Bessemer furnance, atau pengkonversi, pada tahun 1855. Sejak tahun 1960 telah diproduksi baja dari besi bekas secara kecil-kecilan pada furnance elektrik, sehingga dinamakan mini mills. Mini mills adalah komponen yang sangat sangat penting bagi produksi baja Amerika. Mills yang lebih besar digunakan pada produksi baja dari bijih besi.
Gambar Proses Peleburan Baja
Pembuatan baja dalam dapur listrik merupakan cara yang paling baik dan menguntungkan menguntun gkan dibandiangkan dengan cara-cara lainnya. Prinsip Pr insip kerja dapur listrik: Energi listrik diubah dengan bermacam-macam cara menjadi energi panas untuk memanaskan dan mencairkan logam.
4
Dapur listrik yang digunakan untuk pembuatan baja ada dua macam yaitu: 1. Electric are-furnace are- furnace 2. Induction furnace
Pembuatan baja dalam dapur listrik mempunyai banyak kelebihan yaitu: 1. Temperatur yang dicapai cukup tinggi (dapat mencapai 2000oC) sehingga mampu untuk mencairkan logam-logam paduan yang titik cairnya tinggi, misal : paduan chrom, molybdenum, nikel, tungsten dan lain-lain. 2. Bekerja dengan menghasilkan terak yang banyak (sampai 55 - 60% CaO), lagi pula dapat menghilangkan menghilan gkan unsur-unsur yang merugikan terhadap sifat-sifat baja seperti Phosfor (P) dan Sulfur (S). 3. Terutama pada induction furnace akan diperoleh deoksidasi dan degasifikasi dari pada baja. 4. Menghasilkan cairan dengan kualitas tinggi dan efisiensi yang tinggi dengan material yang hilang terbakar yang minimum serta kemudahan dalam pengendalian temperatur cairan logam Harga yang mahal (investasi yang besar) baik dari pengadaan tanur itu sendiri dan dari biaya energi yang tinggi merupakan kekurangan dalam penggunaan tanur listrik. Tanur listrik saat ini digunakan untuk proses peleburan seluruh jenis baja, termasuk stainless steel, tool steel dan baja paduan lainnya. Berikut ini akan dijelaskan lebih lanjut mengenai kedua tanur tersebut.
1. Tanur Busur Api (Arc Furnace) Tanur ini digunakan untuk proses peleburan, pemurnian dan untuk proses penahanan cairan logam pada temperatur tertentu (holding furnace). Tanur ini biasanya memiliki kapasitas untuk menampung cairan logam sebanyak 5 – – 25 25 ton. Keuntungan dari penggunaan tanur busur api adalah: a. busur api yang terbentuk merupakan sumber panas tanpa resiko terkena kontaminasi, sehingga kemurnian cairan logam dapat terjaga. b. penggunan panas dapat dikendalikan dengan mudah c. efisiensi panas sangat baik sekitar 70%, disamping muncul biaya yang tinggi akibat kebutuhan listrik merupakan kerugian dari penggunaan tanur jenis ini. d. lapisan udara diatas cairan logam mudah untuk dikendalikan 5
e. kehilangan (losses) bahan paduan seperti crom, nikel, dan tungsten yang rendah.
Material logam dapat mencair karena adanya elektroda yang dihubungkan dengan rangkaian listrik (electrical circuit) yang akan membentuk suatu busur api yang akan mencairkan logam. Electric arc-furnace menggunakan tiga buah elektrode yaitu sesuai dengan jumlah phase dari aliran listrik yang digunakan. Arus yang digunakan adalah arus bolak-balik 3 phase ( 3 alternating current). Pada electric arc-furnace ini bahan isian akan dipanaskan dan dicairkan oleh adanya radiasi dari busur listrik (electric arc) yang terjadi antara electrode-electrode yang digunakan. Pada instalasi electric arc furnace ini digunakan step-down transformer yang berguna menurunkan tegangan (voltage) aliran listrik yang tinggi yang akan digunakan memanaskan dan mencairkan bahan isian.
Gambar Tanur Busur Api
Tanur busur api memiliki lapisan baja berbentuk silinder dengan landasan berbentuk lengkung atau datar yang ditopang rol penahan yang memungkinkan tanur untuk dimiringkan. Sebagai gambaran, tanur busur api yang memiliki kapasitas 10 ton memiliki diameter luar sebesar 3 meter, diame diameter ter dalam bahan tahan api sebesar 2,4 meter, tinggi 2,25 meter dan memiliki lapisan baja setebal 25 mm , sedangkan power input sebesar 850 kva sampai dengan 30.000 kva. Prinsip Dasar Pemanasan Material Pada Tanur Busur Api Prinsip timbulnya panas pada tanur busur api adalah panas timbul akibat 6
adanya tahanan (resistansi) saat arus listrik mengalir. Dalam hal ini, logam yang dimuatkan dalam tanur yang akan memberikan tahanan terhadap arus listrik. Saat logam mencair, terak akan memberikan tahanan pada aliran arus listrik. Untuk mempertahankan pemberian panas saat logam telah mencair, elektroda harus diangkat sehinnga elektroda tersebut hanya menyentuh permukaan lapisan terak. Panas dihasilkan oleh loncatan electron (busur api) dengan aliran listrik dengan adanya aliran listrik ini maka, akan menimbulkan aliran induksi dalam cairan yang akan menyebabkan terjadinya gerak cairan,sehingga homogenisasi cairan dapat terjadi. Elektroda-Elektodenya dibuat dari bahan Carbon atau grafit dimana elektrode dari bahan grafit lebih menguntungkan sebab lebih tahan terhadap temperatur tinggi. Ketiga elektrode yang digunakan, semakin lama akan semakin pendek di bagian ujung bawahnya disebabkan panas yang terjadi pada ujung tersebut. Pada saat operasi/bekerja, ketiga elektrode diturunkan secara bersama-sama hingga menyinggung bahan isian. Agar terbentuk busur api, tiga elektroda dipasang secara vertical dalam formasi segitiga. Elektroda dikelilingi pendingin dan penutup untuk mendinginkan dan mengurangi gas yang keluar lewat elektroda. Ketiga elektroda yang digunakan dapat dinaikan atau diturunkan secara otomatis dengan menggunakan perangkat pengendali listrik atau hidrolik. Sistem kendali manual dan otomatis digunakan untuk menaikkan, menurunkan, dan menggeser elektroda saat proses peleburan berlangsung. Jika elektrode tersebut sudah pendek, perlu diganti yang baru. Proses Pemuatan Saat proses pemuatan penutup tanur dibuka, dan setelah material dimuatkan kedalam tanur, kemudian penutup ditutup kembali, elektroda diturunkan , dan aliran listrik diberikan. Elektroda diturunkan sampai dasar sampai cairan logam mulai terkumpul dan mulai naik. Elektroda kemudian dinaikan secara bertahap seiring dengan kenaikan permukaan cairan logam. Untuk mendapatkan hasil yang optimal dari proses peleburan dengan menggunakan tanur busur api dapat dicapai dengan melakukan proses perencanaan dan pengendalian pemuatan yang baik. Secara umum komposisi pemuatan adalah sebagai berikut : 1. bahan baku dengan ukuran besar/tebal sebanyak 40% 2. bahan baku dengan ukuran medium sebanyak 40% 3. bahan baku dengan ukuran kecil sebanyak 20%
Penggunaan sistem saluran dengan ukuran yang besar ( tebal ) akan mengakibatkan proses peleburan menjadi semakin lama. Pemuatan bahan baku dilakukan dengan cara sebagai berikut : 7
1. distribusikan bahan baku pada seluruh permukaan tanur 2. hindari bahan baku yang terkumpul dibawah elektroda 3. akan lebih mudah apabila bahan baku dengan ukuran kecil diletakan diatas bahan baku yang besar/tebal. Proses Peleburan
Proses peleburan baja dengan tanur busur api terbagi menjadi dua proses, yaitu : 1. Proses terak asam 2. Proses terak basa Terak asam pada dasarnya mengandung Silika yang terdapat dalam ikatan ikatan kimia FeMnS (iron manganese silicate).Terak ini terbentuk akibat reaksi oksidasi. Pada tahapan ini terjadi proses pemurnian dari cairan logam yang dilakukan dengan pengendalian dalam penghilangan (reduksi) beberapa unsur seperti carbon, mangan dan silicon melalui proses oksidasi.
Proses penghilangan phosphor dan sulfur sulit dilakukan. Pengontrolan kandungan kedua unsur tersebut hanya dapat dilakukan dengan pemilihan secara ketat bahan yang dimuat, dimana bahan yang dimuat harus memiliki kandungan rendah dari kedua unsur tersebut. Pada proses terak basa, perhatian pada kandungan sulfur dan phosphor tidak perlu dilakukan selama kedua unsur tersebut dapat dikurangi/dihilangkan dengan pemilihan material yang tepat. Pada peleburan baja paduan, dapat dilakukan dengan melakukan pemuatan menggunakan bahan baku dengan kandungan karbon yang rendah, dan untuk mencapai kandungan kimia akhir dilakukan dengan menambahkan bahan paduan. Pada tahap ini untuk pengikatan terak dilakukan dengan penambahan bijih besi dan batu kapur yang ditambahkan pada saat pemuatan awal atau pada saat bahan baku telah mencair. Penambahan bijih besi dan batu kapur saat awal proses peleburan dapat mengakibatkan hilangnya unsur phosphor. Yang harus diperhatikan pada pemberian bijih besi dan batu kapur adalah : 1. kedua bahan tersebut dapat memperlambat proses peleburan 2. hindari saat pemasukan kedua bahan tersebut dibawah busur api yang juga akan merusak elektroda. 3. pemberian bijih besi tergantung dari kebersihan skrap yang digunakan 4. pemberian batu kapur bervariasi, berkisar antara 2% - 5 % dari total bahan baku yang digunakan, tergantung dari kandungan sulphur dan phosphor yang akan dihilangkan. 8
Komposisi aktual dari terak yang terbentuk pada saat pendidihan tergantung dari kandungan carbon pada cairan logam serta proses desulphurisasi dan dephosporisasi. 1) Tahap pencairan Yaitu tahap pertama peleburan dimana bahan baku pada diubah menjadi material cai hingga temperature te mperature 15500C – 15500C – 16000C. 16000C. Disini reaksi-reaksi dalam t erhadap elemen-elemen yang dikandungnya (C, Mn, S, Si, P, Cr) mulai berlangsung dengan pembubuhan besi oksid , sebagai pereaksi. Fe3O4 -----------> 4 FeO Fe2O3 -----------> 3 FeO Perhatikan persamaan-persamaan persamaan-persamaan reaksi berikut ini : • C + FeO -----------> Fe + CO ( belum terjadi pendidihan ) • Si + 2 FeO -----------> SiO2 + 2 Fe • Mn + FeO -----------> MnO + Fe ( terjadi pada temperatur relative rendah ) • 2 P + 5 FeO -----------> 5 Fe + P2O5 • 2 Cr + 3 FeO -----------> Cr2O3 + 3 Fe Tahap ini berlangsung selama 1,5 jam dan diakhiri dengan pembuangan terak.
2) Tahap Pembersihan Dilakukan dengan pembubuhan bahan pembawa CaO dan FeO sebanyak 3% - 4% dari seluruh berat bahan baku. Pada temperatur tinggi, reaksi C + FeO - ---> Fe + CO akan mengakibatkan terjadi pendidihan. Penambahan CaO akan terjadi pengikatan elemen Cr, V, Ni, W, Al, Zn dan B menjadi terak. Lama dari tahap ini sekitar 30 menit setelah pembersihan ini akan menghasilkan : C turun sampai 0,5%, Si < 0,1%, Mn < 0,1%, P = 0,02 %, S = 0,04 %, Cairan mengandung O2 yang tidak mengambil kotoran ( tidak ada yang dioksidasi )
3) Tahap Penyelesaian
Tujuan tahap ini adalah untuk : a) Menyingki Menyingkirkan rkan O2 dari dar i cairan b) Penataan susunan komposisi c) Desulfurisasi akhir d) Pencapaian temperature ideal untuk penuangan 9
e) Penyingki Penyingkiran ran sisa-sisa deoksidasi f) Deoksidasi akhir Pada tahap ini temperature dinaikan hingga 16500C – 16500C – 17000C, 17000C, dan membutuhkan waktu sekitar 30 menit. Peralatan Pendukung Pada Tanur Busur Api:
1) Pendingin air, digunakan pada tanur busur api untuk mendinginkan bagian-bagian penting dari tanur, yaitu: pemegang, lengan dan penjepit elektroda, bagian penutup tanur, aerah sekitar pintu 2) Peralatan preheating (pemanasan awal) material yang akan dilebur, dilakukan dengan menggunakan gas alam atau bahan bakan cair lainnya, akan mengurangi penggunaan energi listrik saat proses peleburan. Dengan dilakukan pemanasan awal akan – oksida mengurangi waktu peleburan serta akan mengurangi oksida – oksida dari bahan baku yang kemudian akan memperpanjang usia bahan pelapis tanur dan elektroda. 3) Penghisap debu dan asap, sebagai peralatan pendukung pada tanur busur api: a) Ventilasi (saluran udara) digunakan untuk memisahkan debu dan asap b) Pengisap debu dan asap yang di pasang langsung diatas tanur c) Penghisap debu dan asap yang menutupi permukaan tanur d) Penghisap debu dan asap berbentuk canopy
2. Tanur 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. Prinsip kerja induction furnace hampir sama dengan kerja transformator, dimana ada lilitan litsrik berfrekuensi tinggi, maka akan didapatkan/timbul arus induksi dalam lilitan sekunder yang terdiri dari crucible dan isian logam cair. Arus induksi (arus Eddy) memanaskan dan mencairkan bahan isian. Pemilihan frekuensi kerja tanur peleburan sangat erat hubungannya dengan material yang dilebur maupun kapasitas peleburan, mengingat frekuensi kerja tersebut akan mengakibatkan terjadinya gejolak cairan (stirring) selama proses peleburan dengan tinggi puncak yang berbeda-beda. Sedangkan semakin tinggi frekuensi kerja maka akan naik pula kapasitas peleburan. Dengan demikian kompromi antara kebutuhan kapasitas dengan akibat yang akan ditimbulkan oleh gejolak cairan terhadap material perlu dilakukan.
10
Tanur penahan panas berfungsi sebagai tempat penyimpanan cairan, sehingga memerlukan daya yang relative kecil namun memiliki kapasitas yang sangat besar. Proses peleburan dengan menggunakan tanur jenis ini dapat dilakukan, namun harus selalu diawali dengan bahan cair dan pemasukan bahan padat yang dihitung sedemikian rupa agar tidak terjadi pembekuan didalam tanur. Prinsip Dasar Pemanasan Dengan Induksi
Prinsip pemanasan pada benda yang diletakkan diantara medan electromagnetic arus bolak-balik akan ditembus oleh medan listrik induksi mengakibatkan naiknya temperature bahan. Laju kenaikkan temperature akan berbeda-beda untuk setiap jenis maupun ukuran bahan sebab resistansi dari setiap bahan tersebut berbeda. Sebatang silinder logam diletakan pada sebuah kumparan yang dialiri arus bolakbalik, maka medan magnet yang terbentuk oleh kumparan akan menimbulkan arus induksi pada silinder logam. Silinder logam menjadi panas oleh energi panas joule yang timbul akibat lompatan electron dari arus induksi yang terhambat oleh resistansi dari logam.
Gambar Tanur Induksi
Pada pemanasan dengan induksi gelombang magnetis dipancarkan dari kumparan kepermukaan benda serta menembus benda tersebut hingga kedalaman tertentu, maka sepanjang penampang medan magnit ini akan timbul arus induksi. Dilihat dari prinsip kerjanya maka tanur induksi dikategorikan menjadi : 1.
Tanur induksi saluran
11
2. Tanur induksi krus Pada umumnya tanur induksi saluran digunakan sebagai alat penahan panas cairan (holding furnace), sedangkan untuk keperluan peleburan tanur induksi yang digunakan adalah jenis krus. Krus terbuat dari bahan refractory yang dipadatkan dan disinter didalam tanur terseb t ersebut. ut. Diameter krus yang terlalu besar mengakibatkan panas akan terserap terlalu banyak oleh bagian cairan yang tidak terjangkau induksi. Sehingga laju pemanasan cairan akan menjadi terlalu lambat. Sebaliknya bila diameter krus terlalu kecil, akan terjadi overheat pada cairan karena laju pemanasannya terlalu tinggi.
Efisiensi Peleburan Dengan Tanur Tan ur Induksi
Pemanasan tanur induksi efisiensi akan semakin tinggi pada bahan baku yang lebih besar tanpa dipengaruhi oleh frekuensi kerjanya. Pada awal proses peleburan selalu dipilih bahan baku dengan dimensi mendekati diameter dalam krus. Muatan awal ini minimum harus dapat mengisi 20% dari kapasitas tanur. Penggunaan tanur induksi frekuensi jala-jala, untuk peleburan dari bahan padat hanya dapat dimulai dengan muatan awal yang dibuat sebagai balok yang massif (starting block). Untuk menghindari pemakaian starting block harus disisakan sebanyak 1/3 dari kapasitas tanur sebagai muatan awal. Hal ini disebabkan oleh besarnya kedalaman penetrasi sehingga membutuhkan bahan baku berukuran besar. Tanur dengan frekuensi lebih tinggi (frekuensi medium) diawali dengan bahan baku berukuran kecil. Selama bahan belum mencair, setiap potongan bahan akan terjadi arus induksi yang mengakibatkan naiknya temperature potongan bahan tersebut. Laju kenaikan temperature lebih tinggi pada potongan bahan yang paling dekat dengan kumparan. Bahan baku yang telah mencair dipanaskan terus hingga mencapai temperature ideal proses peleburan. Pada saat ini akan terjadi gejolak cairan (steering) akibat adanya gaya yang timbul dari medan induksi dan bergerak secara pheryperal.
12
Gejolak cairan ini pada proses peleburan menjadi hal yang menguntungkan, dimana akan terjadi distribusi temperature maupun homogenisasi paduan yang baik didalam cairan terutama pada saat dilakukan rekarburisasi. Namun demikian gejolak yang besar juga akan meningkatkan laju oksidasi serta erosi pada lining. Oleh karena itu rancangan tanur induksi untuk peleburan bahan tertentu harus memperhatikan fenomena tersebut.
Langkah Operasi Peleburan Tanur Tanu r Induksi
Berikut diuraikan langkah operasi peleburan induksi beserta ilustrasinya : 1. Memasukan bahan dasar 2. Pemanasan awal kurang lebih selama 15 menit dengan pemberian beban 10 kW. 3. Pemberian beban 60 – 60 – 120 120 kW 4. Setelah bahan mulai mencair, masukan bahan selanjutnya 5. Penambahan beban 120 – 120 – 190 190 kW (full power), hingga seluruh bahan mencair. 6. Masukan bahan paduan 7. Ukur temperatur cairan sebelum pengambilan sampel 8. Pengambilan sampel pada temperatur kesetimbangan (lihat tabel), kemudian periksa komposisi dari sampel ke laboratorium. 9. Penahanan temperatur sedikit diatas temperatur didih dengan pembebanan 60 kW. 10. Lakukan koreksi, bila komposisi belum mencapai target yang diinginkan 11. Naikan temperatur sampai temperatur taping yang diinginkan, periksa temperature 12. Tapping Keuntungan-keuntungan Induction furnace dibandingkan Electric arc furnace 1. Tidak menggunakan elektrode sehingga mengurangi karburasi yaitu masuknya karbon ke dalam baja. 2. Pengontrolan selama operasi lebih mudah. 3. Terjadi sirkulasi logam cair sehingga mempercepat reaksi kimia yang etrjadi. 4. Baja yang dihasilkan lebih homogen. Daya yang diperlukan dari frekuensi arus yang disediakan pada kumparan induktor tergantung pada kapasitas crucible (diameternya) dan jenis bahan isiannya. Inductioan furnace biasanya beroperasi pada arus dengan frekuensi 500 - 2500 Cps (dapur kapaitas besar beroperasi pada fkrekuensi rendah). Rating generator yang digunakan bervariasi dari 0,4 - 1 KW/kg bahan isian. 13
Crucible dapur ini dapat bersifat asam atau basa, dengan lapisan asam dibuat dari tanah quarsite dengan bahan pengikat bubuk asamboric sampai 1,5%, dan lapisan basa dibuat dari bubuk magnesite (MgO) dengan bahan pengikat asam boric sampai 3%. Dapur Induction furnace banyak digunakan dalam pembuatan baja paduan tinggi (high alloy stell) dan paduan khusus (special purpose alloy).
Pengetapan Dan Penuangan Baja. (Tapping and Pouring the Steel)
Baja cair yang dihasilkan dari dapur-dapur seperti telah diterangkan di atas kemudian ditap dalam ladle yang dipanaskan terlebih dahulu. Pemanasan ladle perlu dilakukan untuk menjaga temperatur baja cair tidak banyak berkurang kapasitas lodle harus sesuai dengan keperluan. Dari ladle tersebut baja cair dituangkan ke dalam cetakan logam (metal mould) untuk menghasilkan ingot atau ke dalam cetakan pasir (sand mould) untuk menghasilkan baja tuang (steel casting).
14
Dapur Listrik PENGOLAHAN BAJA CARA ELEKTRO
tinggi yang digunakan untuk baja konstruksi dan baja Untuk mendapatkan baja berkualitas berkualitas tinggi perkakas, maka
baja-baja
yang
dihasilkan
dengan
cara Linz-Donawitz dan Semens-
Martin harus diolah lagi kedalam proses pemuliaan. kedalam proses pemuliaan.
Proses ini bertujuan bertujuan : belerang, posfor dan Menghilangkan kotoran-kotoran yang tersisa seperti seperti belerang,
1.
gas-gas. gas-gas. Khrom (Cr), nikel (Ni), vanadium (V) Bila dikehendaki, memadukan dengan dengan Khrom
2.
wolfram (W), molybden (Mo) dan lain-lain tanpa mengalami kerugian. Dengan cara elektro, hasil yang dikehendaki adalah baja muliaatau baja paduan
Jalannya proses proses :
Bahan asal - Baja LD atau SM
Dimuliakan
Hasil
dengan panas listrik
Baja mulia/baja elektro
cair atau padat
busur nyala atau
- tanpa paduan
- Baja LD atau SM
imbas (induksi)
bekas
- paduan rendah - paduan tinggi
tanur imbas/induksi
15
tanur
busur
nyala
16
Baja dan Proses Pembuatannya
Posted June 7, 2009 by shinqueena in Uncategorized. Leave a Comment Baja adalah logam aloy yang
komponen
utamanya
adalah besi besi,,
dengan karbon sebagai
material pengaloy utama. Karbon bekerja sebagai agen pengeras, mencegah atom besi, yang secara alami teratu dalam lattice lattice,, begereser melalui satu sama lain. Memvariasikan jumlah karbon dan penyebaran alloy dapat mengontrol kualitas baja. Baja dengan peningkatan jumlah karbon dapat memperkeras memperkeras dan memperkuat besi, tetapi juga lebih rapuh rapuh.. Definisi klasik, baja adalah besi-karbon aloy dengan kadar karbon sampai 5,1 persen; ironisnya, aloy dengan kadar karbon lebih tinggi dari ini dikenal dengan besi Sekarang ini ada beberapa kelas baja di mana karbon diganti dengan material aloy lainnya, dan karbon, bila ada, tidak diinginkan. Definisi yang lebih baru, baja adalah aloy berdasarbesi yang dapat dibentuk seccara plastik . Dan umumnya baja juga menjadi bahan pelapis rompi anti peluru, peluru, yang dimana baja menjadi bahan pelapis bahan inti rompi tersebut, yaitu bahan milik Kevlar Kevlar.. Sejarah Penemuan Baja
Teknik peleburan logam telah ada sejak zaman Mesir kuno pada tahun 3000 SM. Bahkan pembuatan perhiasan dari besi telah ada pada zaman sebelumnya. Proses pengerasan pada besi dengan heat treatment mulai diperkenalkan diperkenalkan untuk pembuatan pembuatan senjata pada zaman Yunani 1000 SM. Proses pemaduan yang dibuat mulai ada sejak abad 14 yang diklasifikasikan sebagai besi tempa. Proses ini dilakkan dengan pemanasan sejumlah besar bijih besi dan charchoal dalam tungku atau furnance. Dengan proses ini bijih besi mengalami reduksi menjadi besi sponge metalik yang terisi oleh slag yang merupakan campuran dari pengotor metalik dan abu charcoal. Spone iron ini dipindahkan dari furnance pada saat masih bercahaya dan diselimuti oleh slag yang tebal lalu slagnya dihilangkan untuk memperkuat besi. Pembuatan besi meggunakan metode ini menghasilkan kandingan slag sekiar 3 persen dan 0,1 persen pengotor lain. Kadang kala hasil produksi dengan metode ini menghasilkan baja bukannya besi tempa. Parapembuat besi belajar untuk membuat baja dengan memanaskan besi tempa dan charcoal pada boks yang terbuat dar tanah liat selama beberapa hari. Dengan proses ini besi akan menyerap cukup karbon untuk menjadi baja sebenarnya. Setelah abad ke 14 tungku atau furnance yang digunakan mulai mengalami peningkatan ukuran dan
draft yang digunakan untuk pembakaran gas melewati “charge,” pada
pencampuran material mentah. Pada tungku yang lebih besar ini, bijih besi pada bagian 17
bagian atas furnance akan direduksi pertama kali direduksi menjadi besi metalik dan menghasilkan banyak karbon sebagai hasil dari serangan gas yang dilewatinya. Hasil dari furnance ini adalah pig iron, yaitu paduan yang meleleh pada temperatur rendah. Pig iron akan dproses lebih lanjut untuk membuat baja. Pembuatan baja modern menggunakan blast furnance yang juga digunakan untuk memurniakan besi oleh pembuat besi yang lamapu. Proses pemurnian besi cair dengan peledakan
udara
diakui
oleh
penemu
Inggris
Sir
Henry
Bessemer
yang
mengembangkan Bessemer furnance, atau pengkonversi, pada tahun 1855. Sejak tahun 1960 telah diproduksi baja dari besi bekas secara kecil-kecilan pada furnance elektrik, sehingga dinamakan mini mills. Mini mills adalah komponen yang sangat sangat penting bagi produksi baja Amerika. Mills yang lebih besar digunakan pada produksi baja dari bijih besi. Proses pembuatan baja
Baja diproduksi didalam dapur pengolahan baja dari besi kasar baik padat maupun cair, besi bekas ( Skrap ) dan beberapa paduan logam. Ada beberapa proses pembuatan baja antara lain : PROSES KONVERTOR
terdiri dari satu tabung yang berbentuk bulat lonjong dengan menghadap kesamping. Sistem kerja 0
Dipanaskan dengan kokas sampai ± 1500 C,
Dimiringkan untuk memasukkan bahan baku baja. (± 1/8 dari volume konvertor)
Kembali ditegakkan.
Udara dengan tekanan 1,5 – 1,5 – 2 2 atm dihembuskan dari kompresor.
Setelah 20-25 menit konvertor dijungkirkan untuk mengelaurkan hasilnya.
proses Bassemer (asam)
lapisan bagian dalam terbuat dari batu tahan api yang mengandung kwarsa asam atau aksid asam (SiO2), Bahan yang diolah besi kasar kelabu cair, CaO tidak ditambahkan sebab dapat bereaksi dengan SiO 2, SiO 2 + CaO
CaSiO 3
proses Thomas (basa)
Lapisan dinding bagian dalam terbuat dari batu tahan api bisa atau dolomit [ kalsium karbonat dan magnesium (CaCO3 + MgCO3)], besi yang diolah besi kasar putih yang mengandung P antara 1,7 – 2 %, Mn 1 – 2 % dan Si 0,6-0,8 %. Setelah unsur Mn dan Si terbakar, P membentuk oksida phospor (P2O 5), untuk mengeluarkan besi cair ditambahkan zat kapur (CaO), 3 CaO + P2O5 Ca3(PO4)2 (terak cair) 18
PROSES SIEMENS MARTIN 0
menggunakan menggunakan sistem regenerator (± 3000 C.) fungsi dari regenerator adalah: 1. memanaskan gas dan udara atau menambah temperatur dapur 2. sebagai Fundamen/ landasan dapur 3. menghemat pemakaian tempat Bisa digunakan baik besi kelabu maupun putih,
Besi kelabu dinding dalamnya dilapisi batu silika (SiO 2),
besi putih dilapisi dengan batu dolomit (40 % MgCO 3 + 60 % CaCO 3)
PROSES BASIC OXYGEN FURNACE
logam cair dimasukkan ke ruang baker (dimiringkan lalu ditegakkan)
Oksigen (± 1000) ditiupkan lewat Oxygen Lance ke ruang bakar dengan kecepatan 3
2
tinggi. (55 m (99,5 %O2) tiap satu ton muatan) dengan tekanan 1400 kN/m .
ditambahkan bubuk kapur (CaO) untuk menurunkan kadar P dan S.
Keuntungan dari BOF adalah:
BOF menggunakan O 2 murni tanpa Nitrogen
Proses hanya lebih-kurang 50 menit.
Tidak perlu tuyer di bagian bawah
Phosphor dan Sulfur dapat terusir dulu daripada karbon ka rbon
Biaya operasi murah
PROSES DAPUR LISTRIK
temperatur tinggi dengan menggunkan busur cahaya electrode dan induksi listrik. Keuntungan :
Mudah mencapai temperatur tinggi dalam waktu singkat
Temperatur dapat diatur
Efisiensi termis dapur tinggi
Cairan besi terlindungi dari kotoran dan pengaruh lingkungan sehingga kualitasnya baik
Kerugian akibat penguapan sangat kecil
PROSES DAPURKOPEL
mengolah besi kasar kelabu dan besi bekas menjadi baja atau besi tuang. Proses
pemanasan pendahuluan agar bebas dari uap cair.
Bahan bakar(arang kayu dan kokas) dinyalakan selama ± 15 jam.
kokas dan udara dihembuskan dengan kecepatan rendah hingga kokas mencapai 700 – 800 mm dari dasar tungku. 19
besi kasar dan baja bekas kira-kira 10 – 15 – 15 % ton/jam to n/jam dimasukkan. dimasukkan.
15 menit baja cair dikeluarkan dari lubang pengeluaran.
Untuk membentuk terak dan menurunkan kadar P dan S ditambahkan batu kapur (CaCO3) dan akan terurai menjadi: akan bereaksi dengan karbon: Gas CO yang dikeluarkan melalui cerobong, panasnya dapat dimanfaatkan untuk pembangkit mesin-mesin lain. PROSES DAPUR CAWAN
Proses kerja dapur cawan dimulai dengan memasukkan baja bekas dan besi kasar dalam cawan,
kemudian dapur ditutup rapat.
Kemudian dimasukkan gas-gas panas yang memanaskan sekeliling cawan dan muatan dalam cawan akan mencair.
Baja cair tersebut siap dituang untuk dijadikan baja-baja istimewa dengan menambahkan unsur-unsur paduan yang diperlukan
20
