Proses duplex adalah proses yang menggunakan kombiansi dari dua macam cara/metode pembuatan baja yang dapat berupa :
• Proses Open-Hearth furnace secara asam dan basa.
• Proses Open-Hearth secara basa dan electric furnace secara basa.
• Proses Bessemer converter dan Open-Herath furnace secara basa.
Dengan proses duplex ini, kejelekan-kejelekan dari masing-masing proses dapat dikurangi, misalnya : baja hasil proses Bessemer dapat dikurangi unsur-unsur yang kurang baik terhadap sifat-sifat baja yaitu S dan P dan berlebihan N sehingga hasil dari proses duplex akan didapatkan kualitas yang baik.
Cara kerjanya :
(a) Proses open-hearth furnace secara basa dan asam.
Mula-mula bahan isian diproses pada open-hearth secara basa, kemudian baja cair dari proses open-hearth secara basa diproses lagi pada open-hearth furnace secara asam sampai selesai, barulah baja yang dihasilkan dituang.
(b) Proses open-hearth furnace secara basa dan electric furnace secara basa.
Mula-mula bahan isian diproses dahulu dalam open-hearth secara basa kemudian baja cair hasil proses open-hearth secara basa diproses lagi dalam electric furnace basa sampai selesai.
(c) Proses Bessemer Converter dan Open-Hearth furnace secara basa.
Mula-mula bahan isian diproses dalam Bessemer Converter dan hasil Bessemer Converter ini diproses lagi dalam Open-Hearth furnace secara basa sampai selesai.
Proses Pembuatan Baja secara Duplex
Pengolahan Logam dengan Dapur Kupola
Konstruksi dari kupola yang umum, dijelaskan pada gambar Kupola dibuat dari silinder baja yang tegak, dilapisi oleh bata tahan api. Bahan baku logam dan kokas diisikan dari pintu pengisi. Udara ditiupkan ke dalam melalui tuyer, kokas terbakar dan bahan logam mencair. Logam cair dan terak dikeluarkan melalui lubang-lubang keluar pada dasar kupola. Jadi dalam kupola, logam dipanaskan langsung oleh panas pembakaran dari kokas dan mencair, oleh karena itu mempunyai efisiensi yang tinggi.
1. Penggolongan Daerah Dalam Kupola
Bagian dari mulai pintu pengisian sampai lubang keluar, dibagi menjadi beberapa daerah seperti disebut di bawah ini, sesuai keadaan bahan baku dalam kupola.
- Daerah pemanasan mula: Adalah bagian dari pintu pengisian sampai di tempat dimana logam mulai cair. Selama turun di daerah ini, logam mengalami pemanasan mula.
- Daerah lebur: adalah bagian atas dari alas kokas dimana logam mencair.
- Daerah panas lanjut: Adalah bagian bawah daerah lebur sampai rata tuyer. Logam cair dipanaskan lanjut selama turun melalui daerah ini.
- Daerah krus: Adalah bagian dari tuyer sampai dasar kupola. Logam cair dan sebagian kecil terak ditampung di daerah ini.
Selain hal tersebut diatas, bagian dalam kupola dibagi menjadi daerah oksidasi dan daerah reduksi, tergantung pada reaksi antara kokas dan gas.
- Daerah oksidasi: dimulai dari tuyer sampai rata tengah-tengah alas kokas. Dalam daerah ini kokas dioksidasi oleh udara yang ditiupkan melalul tuyer.
- Daerah reduksi: Bagian atas dari daerah oksidasi, dimana gas CO2 yang timbul di daerah oksidasi, direduksi oleh kokas.
2. Kapasitas Peleburan
Kapasitas peleburan dari kupola dinyatakan oleh laju peleburan dalam satuan berat persatuan waktu, umumnya ditulis ton per jam. Kapasitas peleburan dapat berubah tergantung kepada: volume angin, perbandingan muatan besi dengan kokas serta syarat-syarat operasi peleburan lainnya, walaupun diameter kupola sama.
3. Tinggi Efektif
Tinggi efektif dari kupola adalah tinggi dari pertengahan tuyer (lubang hembus) sampai bagian bawah dari pintu pengisian. Pada daerah ini terjadi pemanasan awal. Karena itu kupola yang tinggi akan efektif untuk pemindahan panas, akan tetapi kupola yang terlalu tinggi cenderung memiliki tahanan besar terhadap aliran gas. Hal ini juga menimbulkan resiko terjadinya peng-hancuran kokas. Syarat-syarat ini perlu dipertimbangkan, sehingga tinggi efektif kupola standar biasanya dikonstruksi berkisar antara empat sampai lima kali ukuran diameter dalam, diukur dari titik tengah tuyer.
4. Daerah Krus
Daerah krus adalah daerah dari bagian bawah tuyer sampai ke dasar kupola. Daerah krus dari kupola yang mempunyai perapian muka dibuat dangkal, karena tidak difungsikan untuk menyimpan logam cair di dalamnya. Daerah krus dari kupola tanpa perapian muka dibuat dalam. Biasanya ukuran krus dikonstruksi untuk dapat menampung dua atau tiga pengisian. Dalam daerah krus terdapat juga kokas, sehingga volume yang terisi oleh logam cair kira-kira 45 % dari volume daerah krus. Krus yang besar tidak dikehendaki sebab besi cair menyerap karbon dan belerang dari kokas.
5. Lubang Cerat dan Lubang Terak
Lubang cerat dan lubang terak dibuat di daerah krus. Bentuk dan susunan dari lubang-lubang ini berbeda menurut cara pengeluaran besi cair dan terak. Pengeluaran besi cair dan terak dilakukan secara berkala. Pada proses ini besi cair atau terak ditampung sementara di dalam krus, kemudian dikeluarkan secara berkala melalui lubang cerat atau lubang terak dengan operasi tangan.
Proses pengeluaran terak yang paling baik adalah dari posisi depan tanur, dimana terak mengalir secara kontinyu bersama logam dari dasar dan sekaligus terak terpisah dari logam cair. Proses ini terbaik karena menghasilkan besi cair dengan kadar unsur-unsur lain terendah.
Proses pengeluaran terak dari belakang: dalam proses ini lubang cerat dan lubang terak dibuat pada tempat yang berlainan sehingga tidak perlu lagi memisahkan terak.
Besi yang dikeluarkan secara kontinyu dialirkan kedalam penampung (perapian depan), yang nantinya akan dikeluarkan sejumlah besi sesuai diperlukan.
6. Tuyer
Tuyer berfungsi menghembuskan udara untuk pembakaran kokas dengan volume dan tekanan yang memadai. Jadi jumlah luas penampang tuyer harus ditentukan secara tepat. Jumlah luas penampiag tuyer yang terlalu kecil menyebabkan kecepatan udara terlalu tinggi jadi menurunkan temperatur dari gas pembakaran. Sebaliknya luas yang terlalu besar menurunkan kecepatan udara dan pembakaran yang seragam tidak tercapai.
Biasanya perbandingan tuyer ini lima sampai enam untuk kupola kecil dan delapan sampai dua belas untuk kupola besar. Jumlah tuyer dipilih secara empirik dalam jumlah genap.
PENGOPERASIAN DAPUR KUPOLA
Dalam perhitungan harga peleburan, ketahanan lapisan tanur merupakan faktor yang ikut menentukan. Biasanya pengerjaan pelapisan tanur dengan pemadatan biasa ataupun penyemprotan telah mencukupi untuk dipergunakan selama satu rangkaian proses peleburan (7 – 8 jam).
Kemudian setelah itu harus dibersihkan dan dilapisi kembali pada bagian-bagian yang terkikis. Tanur kupola yang diopersikan menerus hingga beberapa kali rangkaian proses peleburan akan kehilangan lebih banyak lapisan tanur, bahkan terkadang sampai menembus ke mantel tanur. Kerusakan pada mantel ini dapat dihindari dengan pendinginan air dari luar yang disemprotkan secara menerus disekitarnya.
Kebutuhan akan ketahanan lapisan tanur ini tidak dapat diuraikan secara umum saja, karena pengaruh-pengaruh yang timbul di berbagai operasi selalu berbeda. Dalam hal ini hanya dapat diperkirakan, bahwa dari 250 – 300 mm ketebalan lapisan hanya tersisa sekitar 100 – 150 mm ketebalan setelah selesai satu rangkaian operasi. Pengikisan dapat lebih banyak terjadi pada pengoperasian di atas 1500 C (suhu terukur). Ketinggian pengikisan ini tergantung dari letak daerah pencairan.
Hal-hal penting yang mempengaruhi ketahanan lapisan adalah :
• Besar maupun jenis kupola
• Persiapan tanur ( bahan, sistem, cara dan waktu pengeringan lapisan)
• Pengoperasian kupola (lama operasi ; jumlah batu kapur ; komposisi & jumlah terak ; komposisi & suhu bahan yang dilebur).
(I) PELAPISAN
Lapisan: Bahan tahan api, bahan tahan api yang dapat dicorkan, atau bahan tahan api penambal dipergunakan untuk lapisan kupola. Operasi dengan lapisan asam memer¬lukan bahan tahan api schamote, atau silika dan operasi dengan lapisan basa memer¬lukan bahan tahan api magnesia atau dolomit.
Ketebalan yang dikehendaki dari adonan kira kira 3 sampai 4 mm dan untuk pe¬ngikat dipakai air sesedikit mungkin. Kupola yang baru dilapisi, sebaiknya dikeringkan secara alamiah untuk dua atau tiga hari yang kemudian dilanjutkan dengan membakar kokas atau kayu sekurang-kurangnya satu hari satu malam.
Perbaikan biasanya mempersiapkan kupola dimulai dengan memperbaiki lapisan yang telah kena erosi selama pemakaian yang lalu. Mula-mula pintu dasarnya dibuka dan baru tempat-tempat yang terkena erosi diperbaiki setelah bagian dalam dari kupola mendingin. Biasanya perbaikan ini dibatasi pada daerah lebur yang bertemperatur tinggi.
Terak, kokas dan besi yang melekat pada dinding di daerah lebur dibuang dengan pahat atau palu pneumatik sampai bata api asli terlihat. Lapisan diperbaiki dengan bata tahan api atau bahan penambah tergantung pada besarnya erosi, sampai ke ukuran se¬mula. Sebaiknya kadar air pada adukan mortar dan bahan penambah diusahakan sekecil mungkin.
Pada perbaikan tuyer dan lubang cerat, harus diperhatikan ukuran, bentuk dan sudutnya.
Setelah perbaikan dinding dan lubang-lubang selesai, pintu dasar ditutup dan dilapis dengan pasir dasar, yakni: pasir cetak kering ditebarkan di atas pintu dasar setebal 30 sampai 50 mm, kemudian pasir cetak basah dipadatkan di atasnya.
Dasar dibuat miring ke arah lubang cerat dengan kemiringan. Kemiringan ini memberikan hasil baik pada pengeluaran besi cair. Tebalnya pasir dasar sekurang-kurangnya 200 mm dan ditentukan dengan memperhitungkan ukuran kupola dan jam pemakaian.
Pemanasan mula dari kupola: Setelah pelapisan selesai lapisan harus dikeringkan perlahan-lahan. Pengeringan dilakukan dengan membakar alas kokas seperti diuraikan. Lubang dan saluran cerat harus cukup dipanaskan mula dengan membakar kayu alas kokas, atau dengan burner, yaitu untuk mencegah penurunan temperatur pada logam cair yang pertama.
(2) PERSIAPAN
Penyulutan: Setelah kupola diperbaiki dan dikeringkan, penyulutan harus dilakukan kira-kira tiga sampai empat jam sebelum jadwal waktu pengeluaran. Pada permulaan, sejumlah yang cocok dari kayu bakar ditempatkan di dasar dan dinyalakan dengan membakar kain yang telah diberi minyak alas dengan burner disertai tiupan. Apabila digunakan burner gas khusus untuk penyulutan, alas kokas langsung bisa dinyalakan tanpa kayu bakar. Dengan mempergunakan cara terakhir ini banyak waktu dihemat dibanding dengan cara pertama.
Tiupan mula: Saat api pembakaran telah mencapai bagian alas dari alas kokas, lubang-lubang pengintip ditutup dan tiupan mulai dilakukan selama tiga sampai lima menit. Selama tiupan mula, alas kokas harus diatur sampai mencapai tinggi yang benar, yaitu diukur dari pintu pengisian dengan mempergunakan rantai atau batang baja. Untuk kupola kecil yang diameternya kurang dari 700 mm, tinggi alas kokasnya 1,5 sampai 1,8 kali diameter dalam, dan untuk kupola besar 1200 sampai 1300mm.
Bahan muatan: Jumlah bahan logam sebagai muatan dihitung berdasarkan daftar penyusunan bahan. Berat satu muatan logam disarankan 1/10 sampai 1/15 dari laju peleburan per jam. Jumlah muatan kokas ditentukan berdasarkan angka perbandingan besi terhadap kokas. Jumlah batu gamping sebagai pengikat terak disarankan 25 sampai 35 persen dari berat kokas.
Urutan pemuatan pertama adalah batu gamping, kemudian logam, kokas dan seterusnya. Tetapi urutan pemuatan tidak begitu penting. Yang lebih utama untuk diperhatikan ialah mencegah pemuatan bahan-bahan yang ukurannya tidak seragam.
(3) CARA OPERASI
Permulaan dari tiupan: Setelah bahan-bahan dimuatkan sampai mencapai bagian bawah pintu pengisian, logam dipanaskan mula selama 15 sampai 20 menit tanpa tiupan. Pemanasan mula yang terlalu lama menyebabkan turunnya tinggi alas kokas, karena alas kokas terus terbakar. Setelah pemanasan mula, tiupan udara dimulai. Tetesan besi dapat dilihat melalui lubang pengintip tiga atau empat menit setelah tiupan dimulai. Biasanya pembukaan pertama dari lubang cerat dilakukan 20 menit setelah tiupan dimulai.
Logam cair yang pertama mempunyai temperatur rendah dan mempunyai perubahan komposisi yang besar. Karena itu ia tidak dipakai untuk coran Untuk mendapat logam cair yang bertemperatur tinggi sejak permulaan, perlu dipergunakan alas kokas yang tinggi, tiupan udara yang berlebih atau ditambahkan 1 sampai 2 % kalsium karbid pada muatan kokas yang pertama.
Pencairan dan pengeluaran: Dalam proses-proses pengeluaran terak dari depan dan, dari muka, pengeluaran besi dilakukan secara kontinyu tanpa henti. Terak dari dalam kupola mengalir keluar bersama-sama logam cair tetapi sudah terpisah. Dalam proses pengeluaran terak secara terputus-putus, lubang cerat dibuka setelah waktu tertentu, yaitu apabila jumlah tertentu dari besi cair dan terak telah terkumpul dalam tanur.
Kokas, batu gamping dan logam harus dimasukkan pada waktu-waktu tertentu untuk mengisi kupola sampai bagian bawah dari pintu pengisian. Selama proses pen¬cairan perlu dilakukan pengecekan pada laju pencairan, temperatur besi cair, tekanan angin dan lain-lainnya. Jadi, keadaan tanur, yaitu temperatur, tekanan, tinggi alas kokas dan sebagainya harus diusahakan stabil. Walaupun kupola beroperasi pada angka perbandingan yang cocok antara besi dan kokas, namun dalam pemakaian yang lama akan terjadi penurunan tinggi alas kokas disebabkan erosi pada lapisan dalam tanur di daerah cair. Oleh karena itu agar tinggi alas kokas tetap, maka perlu diisikan kokas tambahan kira-kira satu muatan untuk tiap-tiap satu jam atau satu setengah jam.
Akhir dari waktu operasi: Menjelang akhir operasi, tekanan udara turun disebabkan penurunan tinggi alas kokas. Oleh karena itu katup udara perlu diturunkan, agar volume angin tetap. Kalau operasi dilanjutkan sampai logam dalam tanur semuanya mencair, hal ini dapat menyebabkan: melekatnya besi pada lapisan dalam tanur karena percikan besi cair, erosi dari bata tahan api, oksidasi dari besi dan lain sebagainya. Oleh karena itu tiupan udara dihentikan sementara dua atau tiga muatan masih berada di alas alas kokas.
Serempak dengan penghentian tiupan udara; lubang intip tuyer dibuka, besi dari terak dikeluarkan dari lubang cerat dan lubang terak. Kemudian pintu dasar kupola dibuka dan isinya dijatuhkan/dikeluarkan di atas landasan pasir yang sudah ditaburkan di bawah kupola.
Apabila isi yang tersisa tidak jatuh/keluar dengan sendirinya, maka proses ini harus dibantu dengan cara menusuk lapisan pasir dasar dengan mempergunakan batang baja. Kesukaran ini biasanya disebabkan karena tanah lempung yang berlebihan pada pasir dasar, oleh karena itu perlu pengaturan komposisi dari pasir dasar tersebut.
(4) PERSYARATAN OPERASI YANG SEMPURNA
Dalam peleburan kupola, sifat-sifat besi akan berubah mengikuti perubahan keadaan tanur, walaupun tanur bekerja pada keadaan kontinyu. Oleh karena itu tanur perlu bekerja dengan persyaratan yang cocok, sesuai dengan perubahan keadaannya.
a) Persyaratan untuk pengeluaran dengan temperatur yang tinggi adalah:
1. Tinggi efektif dari kupola
2. Volume angin yang cocok (perbandingan tuyer yang cocok)
3. Mempergunakan kokas yang keras, mengandung sedikit abu
4. Alas kokas yang tinggi
5. Peniupan yang cukup sebelum tanur bekerja secara stabil
6. Muatan kokas yang cukup
7. Ukuran dari berat besi muatan sesuai dengan diameter kupola
8. Laju pencairan yang cocok sesuai dengan diameter kupola.
b) Persyaratan untuk besi bersih tanpa oksida adalah:
1. Alas kokas yang tinggi
2. Muatan kokas yang cukup
3. Ukuran dan berat besi muatan sesuai dengan diameter kupola
4. Mencegah kelebihan volume dan tekanan angin.
c) Persyaratan untuk besi yang homogen dan mempunyai komposisi kimia yang sesuai dengan permintaan adalah:
1. Mempergunakan besi kasar yang baru yang komposisi kimianya diketahui.
2. Pengaturan lebih baik dari sekrap balik dengan penggolongan sekrap.
3. Mempergunakan besi yang cocok dengan diameter kupola.
4. Mempergunakan tuyer yang meniupkan jumlah udara yang sama.
5. Mempergunakan perapian muka.
Operasi kupola masa sekarang
Untuk memperbaiki produktivitas, maka dalam industri-industri masa sekarang dipergunakan kupola berpendingin air dan kupola angin panas.
(1) KUPOLA BERPENDlNGlN AIR
Lapisan di daerah cair diatas tuyer adalah bagian yang paling banyak mengalami erosi, dan apabila terjadi erosi yang sangat kuat, sehingga dinding baja terpanaskan dan menjadi merah, maka operasi harus dihentikan. Erosi lapisan kupola yang berlebihan akan membutuhkan waktu perbaikan yang lama. Karena alasan-alasan tersebut, maka secara umum sekarang banyak dipergunakan kupola dengan pendinginan air, terutama pen¬dinginan di daerah cair.
Dipergunakan dua jenis kupola dengan pendinginan air, yaitu jenis pertama mem-pergunakan selubung air dan jenis kedua mempergunakan semprotan air pada bagian luar dinding baja. Pada pendinginan dengan selubung air, dinding baja didinginkan secara merata dengan mempergunakan selubung pendingin yang terpisah. Pendinginan dengan selubung air biasanya dipergunakan untuk kupola ukuran kecil. Pada pendinginan dengan semprotan air, dinding baja harus tertutup lapisan air secara merata. Kupola macam ini memerlukan dinding baja yang lebih tebal di atas 10 mm, sehubungan dengan konduktivitas termal dan kekuatan mekanis. Cara pendinginan tersebut dipergunakan pada kupola yang ukuran besar.
Keuntungan dari kupola berpendingin air adalah memungkinkan operasi yang lama dan memungkinkan pekerjaan perbaikan yang sedikit. Selain hal tersebut fluktuasi dari komposisi besi menjadi kecil disebabkan oleh keadaan tanur yang stabil karena erosi lapisan yang sedikit.
Sekarang kupola yang didinginkan dengan air dipakai dengan mempergunakan lapisan kira-kira 2 atau 3 cm atau tanpa lapisan. Agar dapat membatasi pembakaran di daerah yang dikonsentrasikan dan untuk mencegah kehilangan panas yang berlebihan, maka beberapa kupola mempergunakan tuyer tembaga yang didinginkan dengan air.
(2) OPERASI TlUPAN UDARA PANAS
Kupola yang biasa, dioperasikan dengan mempergunakan tiupan udara dingin dimana temperaturnya sama dengan temperatur udara luar. Tetapi sekarang beberapa kupola mempergunakan udara yang dipanaskan mula, penggunaan itu disebut "operasi tiupan udara panas". Udara yang dipanaskan mula akan meningkatkan temperatur di dalam kupola dan keuntungannya adalah sebagai berikut:
a. Menaikkan temperatur besi cair.
b. Menurunkan perbandingan besi dan kokas pada temperatur tertentu.
c. Menurunkan kehilangan unsur-unsur silikon, mangan, besi dan lainnya, karena oksidasi.
d. Memungkinkan untuk mempergunakan bahan logam yang berkwalitas rendah dan ongkos bahan yang lebih sedikit.
e. Meningkatkan laju pencairan.
Ada tiga macam cara memanaskan udara: pertama mempergunakan panas yang terdapat dalam gas buang dari kupola, kedua mempergunakan panas pembakaran dari gas CO yang terdapat pada gas kupola dan ketiga mempergunakan sumber panas dari luar, yaitu panas dari pembakaran gas atau minyak. Temperatur udara panas-mula hasil sistem pertama adalah 150°C hingga 200°C dan pengaruhnya tidak begitu terlihat. Temperatur udara panas hasil sistem kedua adalah 350 hingga 500°C dan pengaruhnya besar sekali.
(3) OPERASI TlUPAN DENGAN PENURUNAN KELEMBABAN
Uap air dalam udara masuk ke dalam kupola dan menurunkan temperatur besi cair yang menyebabkan cacat tuangan. Alasannya adalah sebagai berikut:
Uap air dari udara bereaksi dengan kokas
H2O + C -> CO + H2 ΔH = - 29,4 cal
2H2O + C -> CO2 + 2H2 ΔH = - 19,4cal
Reaksi ini adalah reaksi endotermik dan karenanya panas dari pembakaran kokas terbuang untuk reaksi tersebut. Pengaruhnya ialah menurunkan temperatur, memperluas daerah oksidasi, dan menyebabkan oksidasi pada waktu pencairan.
Agar dapat menghilangkan pengaruh buruk tersebut perlu dilakukan penurunan kelembaban udara yang ditiupkan. Di bawah ini adalah penanggulangan yang banyak dipakai untuk proses tersebut dalam kupola:
a) Penurunan kelembaban dengan slika gel (padat),
b) Penurunan kelembaban dengan litium khlorida (larutan),
c) Penurunan kelembaban dengan refrigerasi.
Persiapan
• Pemanasan awal dengan kayu (dilakukan pagi hari sebelum kupola dioperasikan dengan tujuan pengeringan total).
• Pemeriksaan dinding, bila perlu perbaikan.
• Penghitaman/penutupan lubang terak maupun tuyer.
• Penyediaan alat sebagai berikut :
- Batang penusuk tuyer
- Tombak penyumbat
- Oksigen dan pipa penyemprotnya
- Bak terak
- Rantai dan bola baja pengukur
- Pengukur suhu
- CE meter dan cetakan baji uji
- Weker dan stop watch
• Perhitungan pemuatan.
• Percobaan blower dan penghisap debu.
Penyulutan tanur
• Landasan tanur ditutup dan pasir greensand dipadatkan.
• Pembebasan daerah bawah tanur serta penaburan pasir kering disekitarnya.
• Pengisian alas kokas sampai satu diameter di atas lubang hembus.
• Peyulutan alas kokas dengan pembakar, angin dihembuskan minimal, pintu belakang kemudian ditutup.
• Pemanasan tanur sampai dengan 4 jam.
• Koreksi tinggi alas kokas (hingga satu diameter di atas lubang hembus).
• Hembusan angin dinaikan hingga 70% dari maksimum menurut konstruksi hingga seluruh alas kokas membara. Dalam hal ini lubang pengintip harus ditutup.
• Hembusan dimatikan, lubang pengintip dibuka.
• Koreksi alas kokas hingga satu diameter di atas lubang hembus.
• Lubang terak ditutup.
• Pemuatan
Berat total tiap muatan : 1/10 dari kapasitas lebur.
Variasi lain dari penyulutan tanur adalah dengan menggunakan kayu maupun majun dan minyak tanah/solar. Dalam hal ini pintu belakan telah ditutup sejak awal, sehingga urutan penyulutan adalah sebagai berikut :
• Melalui lantai pemuatan kayu dimuatkan secukupnya, diberi minyak dan dibakar.
• Alas kokas dimuatkan.
• Hembusan angin minimal hingga kokas terbakar.
• 70% hembusan angin hingga kokas membara.
• dst.
Peleburan
• Lubang pengintip ditutup.
• Secara bertahap angin dihembuskan hingga 100% menurut konstruksi (90 – 130 m3/m2/menit).
• Pengamatan terhadap proses peleburan melalui lubang pengintip.
• Koreksi alas kokas bila diperlukan.
• Perhatikan suhu cairan yang keluar dari lubang tap, bila suhu yang diinginkan tercapai, lubang tap disumbat.
• Weker disetting 10 menit.
• Pengamatan proses peleburan melalui lubang pengintip.
• Setelah 10 menit taping (pengeluaran cairan), hitung waktu dengan stopwatch, perhatikan:
- Hembusan dimatikan/lubang angin ditutup
- Lubang pengintip dibuka
• Lubang tap kembali disumbat segera setelah tampak terak ikut keluar.
Catat berapa detik waktu pengeluaran.
• Hembusan kembali dihidupkan dan lubang pengintip ditutup.
• Proses kembali berulang.
Pembuangan terak
Pembuangan terak dilakukan bila :
• Kecepatan naik cairan hingga lubang pengintip tinggi.
• Cairan besi yang muncul ketika taping hanya sedikit.
Proses pembuangan terak berlangsung sebagai berikut :
• Hembusan dimatikan/lubang angin ditutup.
• Lubang pengintip dibuka.
• Lubang terak dibuka, perhatikan bahwa bila lubang ini buntu, maka pelubangan dengan oksigen sangat dilarang, karena O2 akan mengakibatkan terak berbuih dan memui memenuhi seluruh daerah peleburan sehingga ketika kemudian membeku akan mengikat muatan untuk tetap di bagian atas tanur(hanging).
• Ketika aliran terak tidak lagi deras, lubang pengintip ditutup, lubang angin dibuka dan angin dihembuskan.
Perhatikan bahaya karena terak akan menyembur dasyat.
• Ketika semburan sudah berakhir, hembusan kembali dimatikan serta lubang terak ditutup dengan pasir cetak.
• Peleburan dimulai kembali.
Mengakhiri operasi
• 15 – 20 menit setelah muatan terakhir, kurangi jumlah angin hingga 50%. Hal ini dilakukan karena jumlah muatan yang ada di dalam tanur pun tinggal sedikit.
• Taping bersih, termasuk terak dibiarkan keluar melalui lubang taping.
• Angin dimatikan, ingat dalam keadaan tidak ada angin, lubang pengintip harus dibuka.
• Landasan berengsel dibuka, kokas sisa (alas kokas) akan segera jatuh dan dalam keadaan membara.
• Kokas segera dipadamkan dengan semprotan air. Tahap ini tidak boleh terlambat dilakukan, karena panas dari bara kokas dapat melelehkan kaki tanur.
Terak Sebagai Alat Kontrol Peleburan
Terak kupola adalah alat kontrol yang sederhana namun cukup dapat dijadikan dasar peleburan, bahkan dari hanya bentuk terak sudah dapat diambil keputusan-keputusan penting untuk mengoptimalkan peleburan.
Dasar untuk dapat mengenali terak adalah :
• Terak asam tampak lebih menyerupai gelas dibandingkan dengan terak basa.
• Terak basa lebih membatu serta memiliki pori-pori yang besar (keropos kokas) ketika beku.
• Warna terak yang lebih terang menandakan peleburan yang lebih baik.
Cara pengambilan contoh terak yang sederhana adalah dengan menampung aliran terak sedikit dengan sekop.
Pengamatan Terak
Aliran terak menandakan :
• Aliran tenang : viskositas diharapkan, operasi optimal.
• Aliran berbuih : operasi terganggu.
Dengan memperhatikan serat terak, dapat disimpulkan :
• Serat panjang : terak asam -> operasi kupola asam.
• Serat pendek : terak basa ->operasi kupola basa.
Ciri pengoperasian melalui warna terak kupola asam :
• Hitam -> buruk, teroksidasi
• Coklat tua -> buruk, teroksidasi
• Hijau tua -> kurang optimal
• Hijau botol -> baik
• Kuning tua/gelap -> baik
• Coklat -> buruk, terlalu banyak batu kapur
Ciri pengoperasian melalui warna terak kupola basa :
• Hitam -> buruk, muatan kokas maupun logam serta temperatur perlu diperiksa ulang.
• Coklat tua ->buruk, muatan kokas maupun logam serta temperatur perlu diperiksa ulang
• Abu-abu muda -> baik
• Coklat buram -> baik
Proses pembuatan Logam Baja
Baja merupakan salah satu bahan yang sangat banyak dipakai di seluruh dunia untuk keperluan kehidupan manusia, khususnya di dunia industri. Ditemukan buat pertama kali oleh orang Mesir lebih dari 4000 tahun yang lalu untuk perhiasan dan alat rumah tangga yang kemudian berkembang menjadi bahan berharga dan dimanfaatkan orang setiap hari saat ini.
Untuk menjadikan baja, banyak proses yang dilakukan, sehingga membutuhkan ilmu pengetahuan dan teknologi agar dapat dipakai dalam berbagai keperluan.
A. Pembuatan Besi Kasar
Besi kasar adalah hasil pengolahan dari bijih besi dengan melalui beberapa proses. Proses awal adalah dengan mengurangi senyawa-senyawa dan zat-zat lain yang terkandung dalam bijih besi dengan tahap sebagai berikut :
• Dibersihkan.
• Dipecah-pecah dan digiling sampai menjadi halus, sehingga partikel besi dapat dipisahkan dari bahan yang tidak diperlukan dengan menggunakan magnit.
• Dibentuk menjadi “pellet” (bulatan-bulatan kecil) dengan diameter + 14 mm.
Untuk memudahkan dalam pembentukan “pellet” maka ditambahkan tanah liat, sehingga dapat dirol menjadi bentuk bulat.
Setelah proses awal dilakukan, maka bijih besi diproses pada dapur tinggi. Dapur tinggi mempunyai konstruksi yang cukup besar dengan ketinggian mencapai 100 meter. Dinding luar terbuat dari baja dan bagian dalam dilapisi batu tahan api yang mampu menahan temperatur tinggi.
Pada bagian atas dapur tinggi terdapat corong untuk memasukkan bahan baku, yaitu bijih besi, kokas dan batu kapur. Kokas adalah batu bara yang telah diproses (disuling kering) sehingga dapat menghasilkan panas yang tinggi. Batu kapur berfungsi untuk mengikat bahan-bahan yang tidak diperlukan.
Proses pada dapur tinggi adalah dengan meniupkan udara panas ke dalam dapur tinggi untuk membakar kokas dengan temperatur + 2000oC. Cairan besi dan terak akan turun ke dasar dapur tinggi secara perlahan-lahan dan selanjutnya dituang ke kereta khusus. Hasil ini disebut besi kasar, yang kemudian dapat diproses lebih lanjut menjadi baja.
B. Proses Pembuatan Baja
Besi kasar dari hasil proses dapur tinggi, kemudian diproses lanjut untuk dijadikan berbagai jenis baja.
Ada beberapa proses yang dilakukan untuk merubah besi kasar menjadi baja :
1. Dapur Baja Oksigen (Proses Bassemer)
Pada dapur baja oksigen dilakukan proses lanjutan dari besi kasar menjadi baja, yakni dengan membuang sebagian besar karbon dan kotoran-kotoran (menghilangkan bahan-bahan yang tidak diperlukan) yang masih ada pada besi kasar. Ke dalam dapur dimasukkan besi bekas, kemudian baru besi kasar, tapi sebagian fabrik baja banyak yang langsung dari dapur tinggi, sehingga masih dalam keadaan cair langsung disalurkan ke dapur Oksigen.
Kemudian, udara (oksigen) yang didinginkan dengan air dan kecepatan tinggi ditiupkan ke cairan logam. Ini akan bereaksi dengan cepat antara karbon dan kotoran-kotoran lain yang akan membentuk terak yang mengapung pada permukaan cairan.
Dapur dimiringkan, maka cairan logam akan keluar melalui saluran yang kemudian ditampung dalam kereta-kereta tuang.
Untuk mendapatkan spesifikasi baja tertentu, maka ditambahkan campuran lain sebagai bahan paduan. Hasil penuangan ini dapat langsung dilanjutkan dengan proses pengerolan untuk mendapatkan bentuk/profil yang diinginkan.
2. Dapur Baja Terbuka (Siemens Martin)
Sama halnya dengan Dapur Baja Oksigen, maka dapur baja terbuka (Siemens Martin) juga merupakan dapur yang digunakan untuk memproses besi kasar menjadi baja.
Dapur ini dapat menampung baja cair lebih dari 100 ton dengan proses mencapai temperatur + 1600oC; wadah besar serta berdinding yang sangat kuat dan landai.
Proses pembuatan dengan dapur ini adalah proses oksidasi kotoran yang terdapat pada bijih besi sehingga menjadi terak yang mengapung pada permukaan baja cair. Oksigen langsung disalurkan kedalam cairan logam melalui tutup atas. Apabila selesai tiap proses, maka tutup atas dibuka dan cairan baja disalurkan untuk proses selanjutnya untuk dijadikan bermacam-macam jenis baja.
3. Dapur Baja Listrik
Panas yang dibutuhkan untuk pencairan baja adalah berasal arus listrik yang disalurkan dengan tiga buah elektroda karbon dan dimasukkan/diturunkan mendekati dasar dapur. Penggunaan arus listrik untuk pemanasan tidak akan mempengaruhi atau mengkontaminasi cairan logam, sehingga proses dengan dapur baja listrik merupakan salah satu proses yang terbaik untuk menghasilkan baja berkualitas tinggi dan baja tahan karat (stainless steel).
Dalam proses pembuatan, bahan-bahan yang dimasukkan adalah bahan-bahan yang benar-benar diperlukan dan besi bekas. Setelah bahan-bahan dimasukkan, maka elektroda-elektroda listrik akan memanaskan bahan dengan panas yang sangat tinggi (+ 7000oC), sehingga besi bekas dan bahan-bahan lain yang dimasukkan dengan cepat dapat mencair.
Adapun campuran-campuran lain (misalnya untuk membuat baja tahan karat) dimasukkan setelah bahan-bahan menjadi cair dan siap untuk dituang.
C. Proses Pembentukan dan Bentuk-bentuk Produk Baja
Pembentukan baja adalah tahap lanjutan dari proses pengolahan baja dengan berbagai jenis dapur baja.
Baja yang telah cair dan ditambah dengan campuran lain (sesuai dengan kebutuhan/sifat-sifat baja yang diinginkan) dituang ke dalam cetakan yang berlubang dan didinginkan sehingga menjadi padat. Batangan baja yang masih panas dan berwarna merah dikeluarkan dari cetakan untuk disimpan sementara dalam dapur bentuk kotak serta dijaga panasnya dengan temperatur 1100oC - 1300oC menggunakan bahan bakar gas atau minyak.
Penyimpanan tersebut adalah untuk meratakan suhu sebelum dilakukan proses pembentukan atau pengerolan.
Proses pembentukan produk baja dilakukan dengan beberapa tahapan:
1. Proses Pengerolan Awal
Proses ini adalah dengan cara melewatkan baja batangan diantara rol-rol yang berputar sehingga baja batangan tersebut menjadi lebih tipis dan memanjang.
Proses pengerolan awal ini dimaksudkan agar struktur logam (baja) menjadi merata, lebih kuat dan liat, disamping membentuk sesuai ukuran yang diinginkan, seperti pelat tebal (bloom), batangan (billet) atau pelat (slab).
2. Proses Pengerolan Lanjut
Proses ini adalah untuk merubah bentuk dasar pelat tebal, batangan menjadi bentuk lembaran, besi konstruksi (profil), kanal ataupun rel.
Ada tiga jenis pengerolan lanjut :
• Pengerolan bentuk struktur/konstruksi
• Pengerolan bentuk besi beton, strip dan profil
• Pengerolan bentuk (pelat).
a. Bentuk Struktur
Pengerolan bentuk struktur/profiil adalah lanjutan pengerjaan dari pelat lembaran tebal (hasil pengerolan awal) yang kemudian secara paksa melewati beberapa tingkat pengerolan untuk mendapatkan bentuk dan ukuran yang diperlukan.
b. Bentuk Strip, Besi Beton dan Profil
Proses pembentukan ini tidak dilakukan langsung dari pelat tebal, tetapi harus dibentuk dulu menjadi batangan, kemudian dirol secara terus menerus dengan beberapa tingkatan rol dalam satu arah. Adapun hasil pengerolan adalah berbagai bentuk, yaitu : penampang bulat, bujur sangkar, segi-6, strip atau siku dan lain-lain sebagainya sesuai dengan disain rolnya.
c. Bentuk Lembaran (Pelat)
Pengerolan bentuk pelat akan menghasilkan baja lembaran tipis dengan cara memanaskan terlebih dahulu baja batangan kemudian didorong untuk melewati beberapa tingkat rol sampai ukuran yang diinginkan tercapai.
Cara Memeriksa Cacad pada Logam
Untuk mengetahui cacat dari bahan baku, faktor kualtas komponen-komponen sebelum melakukan fungsinya dalam suatu konstruksi, maka komponen tersebut perlu diteliti, diperiksa dan dikontrol.
Untuk hal ersebut di atas dilakukan pemeriksaan tidak merusak atau NDT.
Dalam bku Mc. Graw-Hill, encyclopedia Of Science and Technology, NDT didefinisikan :
NDT ialah suatu istilah umum digunakan untuk memastikan pengujian yang dipakai dalam pelaksanaan industri, meskipun dari beberapa teknologi yang sama digunakan dalam lapangan kedokteran, seperti radiography (sinar X) dan ulrasonik.
Dalam lapangan industri pengunaan NDT meliputi memonitor kualitas produksi dari proses manufaktur dan pemeliharaan produk atau komponen serta dari proses permesinan.
NDT biasanya digunakan pada pengjujian konstruksi bangunan kapal laut, mesin pesawat terbang dan konstruksinya, manufaktur otomotif, manufaktur logam, pemeliharaan rel kereta apai, bangunan gedung dan lain sebagainya.
NDT menggunakan sistem teknologi tinggi, sedangkan yang lain dipakai pengujian dasar yang mudah dikerjakan dengan operator yang tidak terampil sekalipun.
NDT dalam lapangan keteknikan dikenal secara luas ada enam metode, aitu metode visual, penetran, magnetography, dan metode radiography.
1. Metode Visual (Visual Method)
Metode ini paling cepat dalam melakukan pemeriksaan dalam NDT. Metode ini dapat dipakai untuk emeriksaan kualitas permukaan visual pada dua hasil pengelasan yang erbeda yaitu hasil yang baik dan hasil pengelasan yang kurang baik yang disebabkan oleh arus terlalu rendah.
Pemeriksaan visual barangkali sederhana sekali, contohnya seorang pemeriksa melihat pada objek yang diperiksa untuk mengecek warna atau kualitas permukaan bahan tersebut.
Selain itu endoscope adalah alat untuk memeriksa permukaan bagian dalam sampai diameter 3 mm, alat ini dibantu dengan sistem penyinaran. Endoscope banyak dipakai pada pemeriksaan permukaan bagian dalam pesawat terbang. Metode ini menggunakan lensa optik untuk memperbesar objek.
2. Metode Penetran (Liquid Penetrant Method)
Pemeriksaan cara ini digunakan untuk emeriksa adanya cacat atau retak halus yang terbka terhadap permukaan bahan yang diperiksa.
Pemeriksaan retak halus dapat dilakukan pada bahan logam magnetik dan non-magnetik. Pemeriksaan penetran dapat dibagi dua bagian yaitu cara Fluorensen dan cara pemberian zat warna yang dapat dilihat.
Prinsip metode peneran adalah pada bahan yang diperiksa dicelupkan atau diberi cairan, airan tersebut akan merembes dalam retakan. Selanjutnya pada bahan uji tersebut diberi zat warna. Bahan tersebut diberi cahaya ultra violet bila ada retak maka akan telihat dengan jelas.
3. Penetran Fluorensen
Prinsip metode penetran fluorensen adalah campuran dasar minyak berisi fluorensen warna hijau hidup bila diberi sinar ultra violet.
Prosedur menggunakan metode fluorensen sebagai berikut :
- Membersihkan permukaan yang diperiksa, harus bersih dari karat, minyak atau air.
- Pemberian penetran, dipoleskan atau disemprotkan sehinga menutupi permukaan bahan yang diperiksa.
- Memberikan waktu yang diperlukan lebih kurang 10-20 menit, Waktu yang tepat tergamtung rekomendasi prosedur penetran
- Membersihkan kelebihan penetran
- Memberikan developper agar penetran yang masuk pada bagian yang retak muncul pada permukaan bahan uji.
- Pemeriksaan retak. Setelah developper diberikan tunggu kurang lebih 5-10 menit atau separuh waktu pemberian penetran untuk memberikan kesempatan pada developper menarik penetran dari dalam retakan. Selanjutnya diberi sinar ultra violet di ruangan gelap sehinga indikasi adanya retak dapat dilihat.
4. Metode Magnetografi (Magnetic And Electrical Method)
Cara magnetografi digunakan untuk memeriksa cacat/retak halus pada permukaan logam yang magnetis seperti baja tuang.
Prinsip kerja magnetografi adalah logam yang akan diperiksa diberi aliran listrik dengan ampere yang tingi sehinga menghasilkan medan magnet. Arah garis-garis gaya magnet adalah tegak lurus pada arah aliran listriknya. Bila pada bahan tersebut terdapat cacat, maka kedua permukaannya itu akan menjadi kutub magnet (utara-selatan) dimaa pada tempat itu gaya tarik magnet lebih kuat. Jika pada etak lus disebarkan partikel magnetik akan tertaik dan mengumpul di sekitar cacat halus tersebut.
5. Metode Radiografi
Radiografi digunakan untuk memeriksa cacat logam bagian dalam untuk semua jenis bahan. Radiografi menggunakan sinar X dan sinar Gamma. Sinar X dihasilan dari elektron sedangkan sinar gamma dihasilkan dari sumber radioaktif. Kedua sinar ini mempunyai kesamaan dan keduanya mempunyai karakter sebagai berikut :
- Dapat melalui bahan yang tebal
- Memancar dalam gera tegak lurus dan tidak dipengaruhi oleh listrik atau medan magnet
- Dapat mempengaruhi emulsi fotografi.
- Sinar ini berbahaya pada kehidupan sel karena dapat mengurangi sel dalam tubuh kita.
a. Sinar X- Radiografi.
Sinar X dihasilkan oleh elektron dengan kecepatan sinar tinggi. Energi ini kemudian diubah ke panas dan menghasilkan sinar X. elektron ini diarahkan ke cermin (target) dalam ruang hampa dan sinar tersebut memantul lagi melalui lubang tabung dan diteruskan menuju komponen yang diperiksa.
Cara pemeriksaan yaitu bahan ditempatkan di antara tabung sinar-X dan Film. Jika bahan ersebut berat dan jenisnya sama seluruhnya, film akan menerima pecahannya yang merata. Akan tetapi kalau ada cacat, seperti lubang di dalam hasil penuangan atau dala pengelasan, maka jika film tersebut dicuci akan terlihat noa hitam.
b. Sinar Gamma- Radiografi
Metode ini secara fundamental mirip dengan metode sinar-X, tetapi perbedaannya adalh sumber cahanya. Sumber cahaya gamma dihasilkan dari sumber radiasi yang dihasilkan dari isotop radioaktif dari sebuah reaktor nuklir.
Tidak seperti sinar X yang mempunyai cahaya lurus, sinar gamma ini dapat mengarah ke seua arah.
Cara pemeriksaannya adalah film ditempatkan di bagian belakang benda. Apabila bahan tersebut cacat di baian dalam maka bila filmnya dicuci akan tampak cacat hitam.
