Tanur Listrik Makalah ini disusun untuk memenuhi salah satu tugas dari mata kuliah Metalurgi
Disusun oleh: Nama
: Farhan Rizki Yudistira Yudistira Setia
NIM
: 212102016
Politeknik Manufaktur Ceper 2013
BAB 1 PENDAHULUAN 1. 1
Latar Belakang Pengecoran merupakan proses mencairkan logam untuk dibentuk dan
dijadikan suatu produk yang mempunyai nilai jual. Dalam proses mencairkan logam diperlukan sebuah dapur peleburan, dimana yang sering disebut tanur atau furnace. Penggunaan tanur peleburan merupakan hal penting dalam proses pengecoran logam, baik ferro maupun non ferro. Ada banyak macam dan jenis tanur peleburan yang penggunaannya sangat tergantung kepada hasil yang diharapkan, dalam artian setiap jenis tanur umumnya di design untuk dapat menghasilkan produk tertentu serta mempunyai kegunaan, keunggulan dan kelemahan masing-masing. Tanur listrik merupakan salah satu jenis tanur yang penggunaannya sudah sangat berkembang dan sering digunakan dalam pembuatan besi dan baja. Disamping penggunaannya yang menguntungkan dibandingkan cara-cara lain, tanur ini juga menggunakan prinsip kerja yang dapat merubah energi listrik menjadi energi panas dan berfungsi untuk memanaskan serta mencairkan logam. Pada pembahasan kali ini, akan diuraikan secara lebih terperinci mengenai penggunaan tanur listrik, proses peleburan menggunakan tanur listrik, kelemahan dan keunggulan penggunaan tanur listrik serta hasil peleburannya.
1. 2
Rumusan Masalah Adapun beberapa masalah yang akan dibahas dalam makalah ini, antara lain:
1. 3
Jenis-jenis tanur listrik
Proses kerja dari jenis-jenis tanur listrik
Keunggulan dan kelemahan setiap jenis tanur listrik
Hasil peleburan dari semua jenis tanur listrik
Maksud dan Tujuan Makalah ini dibuat dengan maksud dan tujuan, antara lain:
Memenuhi tugas salah satu mata kuliah Metalurgi
Mengetahui jenis, keunggulan dan hasil peleburan dengan tanur listrik
Mengetahui prinsip kerja tanur listrik
BAB 2 ISI Tanur listrik
2. 1
Pembuatan baja dalam dapur listrik merupakan cara yang paling baik danmenguntungkan dibandingkan dengan cara-cara lainnya. Prinsip kerja dapur listrik: Energi listrik diubah dengan bermacam-macam cara menjadi energi panas untuk memanaskan danmencairkan logam. Dapur listrik yang digunakan untuk pembuatan baja ada dua macam yaitu: 1. Tanur Busur Api 2. Tanur Induksi Tanur listrik mempunyai banyak kelebihan yaitu:
Temperatur yang dicapai cukup tinggi (dapat mencapai 2000oC) sehingga mampu untuk mencairkan logam-logam logam-logam paduan yang titik cairnya tinggi, misal : paduan chrom, molybdenum, nikel, tungsten dan lain-lain. Bekerja dengan menghasilkan terak yang banyak (sampai 55 – 60% CaO), lagi pula dapat menghilangkan unsur-unsur yang merugikan terhadap sifat-sifat baja seperti Phosfor (P) dan Sulfur (S). Terutama pada induction furnace akan diperoleh deoksidasi dan degasifikasi degasifikasi dari pada baja. 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 energi yang tinggi merupakan merupakan kekurangan kekurangan dalam penggunaan tanur tanur listrik.
2.1.1
Tanur Busur Api
Gambar 1. Tanur Busur Api http://rekamurom.blogspot.com/2012_03_01_archive.html)) (source: http://rekamurom.blogspot.com/2012_03_01_archive.html
Tanur ini digunakan untuk proses peleburan, pemurnian dan untuk proses penahanan cairan logam pada temperatur tertentu te rtentu (holding ( holding furnace). Tanur ini biasanya memiliki kapasitas untuk menampung cairan logam sebanyak 5 – 25 ton. 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 electrodeelectrode 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. 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, diameter 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. 2.1.2
Prinsip Dasar Pemanasan Material Pada Tanur Busur Api Prinsip timbulnya panas pada tanur busur api adalah panas timbul akibat 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 memberika n 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.
2.1.3
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. 2.1.4
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. 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. bai k. Secara umum komposisi pemuatan adalah sebagai berikut:
bahan baku dengan ukuran ukuran besar/tebal sebanyak 40%
bahan baku dengan ukuran ukuran medium sebanyak 40%
bahan baku dengan ukuran 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:
distribusikan bahan baku pada seluruh permukaan tanur
hindari bahan baku yang terkumpul dibawah elektroda
2.1.5
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: Proses terak asam 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 :
Kedua bahan tersebut dapat memperlambat proses peleburan Hindari saat pemasukan kedua bahan tersebut di bawah busur api yang juga akan merusak elektroda Pemberian bijih besi tergantung dari kebersihan skrap yang digunakan
Pemberian batu kapur bervariasi, berkisar antara 2% – 5 % dari total bahan baku yang digunakan, tergantung dari kandungan sulphur dan phosphor yang akan akan dihilangkan. Komposisi aktual dari terak yang terbentuk pada saat pendidihan tergantung dari kandungan carbon pada cairan logam serta proses desulphurisasi dan dephosporisasi. 2.1.5.1 Tahan Pencairan Yaitu tahap pertama peleburan dimana bahan baku pada diubah menjadi material cai hingga temperature 15500C – 16000C. Disini reaksi-reaksi dalam terhadap elemen-elemen yang dikandungnya (C, Mn, S, Si, P, Cr) mulai berlangsung dengan pembubuhan besi oksid,s sebagai pereaksi. Fe3O4 ———– > 4 FeO Fe2O3 ———– > 3 FeO Perhatikan 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.
2.1.5.2 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 ). 2.1.5.3 Tahap Penyelesaian Tujuan tahap ini adalah untuk :
Menyingkirkan O2 dari cairan
Penataan susunan komposisi
Desulfurisasi akhir
Pencapaian temperature ideal untuk penuangan
Penyingkiran sisa-sisa deoksidasi
Deoksidasi akhir
Pada tahap ini temperature dinaikan hingga 16500C – 17000C, dan membutuhkan waktu sekitar 30 menit.
2.1.6
Peralatan Pendukung Pada Tanur Busur Api 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 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 a wal akan mengurangi waktu peleburan serta akan mengurangi oksida – oksida dari bahan baku yang kemudian akan memperpanjang usia bahan pelapis tanur dan elektroda. Penghisap debu dan asap, sebagai peralatan pendukung pada tanur busur api: o Ventilasi (saluran udara) digunakan untuk memisahkan debu dan asap Pengisap debu dan asap yang di pasang langsung diatas tanur o o Penghisap debu dan asap yang menutupi permukaan tanur Penghisap debu dan asap berbentuk canopy o
2. 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 tanurpenahan panas (holding furnace) yang bekerja pada frekuensi jala-jala. Prinsip kerjainduction furnace hampir sama dengan kerja transformator, dimana ada lilitan litsrik berfrekuensi tinggi, maka akan didapatkan/timbul arus induksi dalam lilitan sekunderyang terdiri dari crucible dan isian logam cair.Arus induksi (arus Eddy) memanaskan dan mencairkan bahan isian. Pemilihanfrekuensi kerja tanur peleburan
sangat erat hubungannya dengan material yang dileburmaupun kapasitas peleburan, mengingat frekuensi kerja tersebut akan mengakibatkanterjadinya gejolak cairan (stirring) selama proses peleburan dengan tinggi puncak yangberbeda-beda. Sedangkan semakin tinggi frekuensi kerja maka akan naik pula kapasitaspeleburan. Dengan demikian kompromi antara kebutuhan kapasitas dengan akibat yangakan ditimbulkan oleh gejolak cairan terhadap material perlu dilakukan.
