Dapur Peleburan Logam

PENDAHULUAN

A.    Latar Belakang

            Kebutuhan logam ternyata tidak hanya sebatas benda dengan permukaan rata. Kebutuhan akan logam juga berkembang pesat seiring dengan teknologi yang mendukungnya. Sekarang kita bisa menghasilkan benda logam dalam bentuk apaun tanpa harus mengalami proses penenmpaan.

Pada zaman dahulu untuk menhasilkan logam yang berbentuk rumit maka benda haruslah di panaskan dan dipukul sebagaimana proses penempaan pada umumnya. Namun seiring kemajuan zaman tuntutan akan kebutuhan logam semakin meningkat dan atas tuntutan itulah kini telah tercipta tungku-tungku pelebur besi yang menhasilkan suhu diatas 1500 °C.

Didalam makalah ini tercantum beberapa jenis tungku atau dapur peleburan logam, yakni:

1.      Dapur Kupola

2.      Dapur Krusibel

B.     Sejarah Singkat

Sejarah peleburan logam telah dimulai kurang lebih sejak 4000 SM, yaitu sejak manusia mengenal cara mencairkan logam dan membuat cetakan perhiasan dari emas atau perak tempaan yang berkembang untuk pembuatan senjata atau peralatan pertania.

            Dengan ditemukannya teknik peleburan dan cetakan tembaga cair maka mulailah terjadi perkembangan teknik peleburan logam campuran seperti perunggu.

            Sejalan dengan ditemukannya teknik tanur datar dan tuntutan kebutuhan peralatan sesuai dengan kondisi jaman saat itu, peleburan logam mulai banyak digunakan oleh bangs-bangsa di sekitar laut tengah, dari Yunani hingga ke India. Walaupun demikian baru pada abad 14 teknik peleburan dilakukan secara besar-besaran oleh Jerman dan Italia menemukan tanur tiup berbentuk silinder sebagai pengganti tanur datar. Teknik peleburan ini dilakukan dengan meletakkan biji besi dan arang batu secara bergantian kemudain dituangkan secara langsung logam cair yang didapat dari bii besi ke dalam cetakan. Produksi yang dihasilkan adalah tungku, pipa, meriam dan pelurunya.

            Peleburan ini semakin pesat dengan ditemukannya kokas di Inggris pada abad ke 18, kemudaian oleh Prancis kokas ini dikembangkan untuk dapat mencairkan kembali besi kasar dalam tanut kecil seperti tanur cupola yang saat ini banyak digunakan.Dengan penemuan tanur ini, produk-produk logam lain juga telah dihasilkan seperti produk baja dari besi kasar pada abad ke 19.

1.     DAPUR KUPOLA

Dapur kupola adalah dapur yang digunakan untuk melebur besi tuang. Dapur ini berbentuk silindrik tegak, terbuat dari baja dan bagian dalamnya dilapisi dengan batu tahan api. Sebagai bahan bakar digunakan kokas (coke), dan batu kapur digunakan sebagai fluks, sedang bahan bakunya adalah besi bekas dan seringkali ditambahkan besi kasar.

Pengisisan dilakukan melalui charging door bergantian antara kokas dan besi. Pembakaran terjadi disekitar pipa hembus sehingga di daerah ini akan terjadi percairan besi dan fluks akan bereaksi dengan abu kokas dan impuritas lainnya membentuk terak. Terak akan mengapung di atas besi cair dan berfungsi sebagai pelindung hingga tidak bereaksi dengan lingkungan di dalam kupola.

Cairan akan dikeluarkan secara berkala bila jumlah cairan sudah cukup banyak. Penambahan bahan baku juga dilakukan secara berkala dan dapur dapat bekerja secara kontinu.

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.

1.      Daerah pemanasan mula adalah bagian dari pintu pengisian sampai di tempat dimana logam mulai cair. Selama turun di daerah ini, logam mengalami pemanasan mula.

2.      Daerah lebur  adalah bagian atas dari alas kokas dimana logam mencair.

3.      Daerah panas lanjut adalah bagian bawah daerah lebur sampai rata tuyer. Logam cair dipanaskan lanjut selama turun melalui daerah ini.

4.      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.

1.      Daerah oksidasi: dimulai dari tuyer sampai rata tengah-tengah alas kokas. Dalam daerah ini kokas dioksidasi oleh udara yang ditiupkan melalul tuyer. 

2.      Daerah reduksi: Bagian atas dari daerah oksidasi, dimana gas CO2 yang timbul di daerah oksidasi, direduksi oleh kokas.

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.

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.

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.

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.

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).

2.    DAPUR KRUSIBEL

Tungku krusibel merupakan  salah satu jenis tertua dan paling sederhana dari unit mencair digunakan dalam pengecoran. Tungku menggunakan wadah tahan api yang berisi muatan logam. Tuduhan dipanaskan melalui konduksi panas melalui dinding wadah tersebut. Bahan bakar pemanas biasanya coke, gas alam, minyak atau listrik. Pencairan Crucible umumnya digunakan di mana batch kecil paduan titik leleh rendah diperlukan. Terutama digunakan untuk mencairkan jumlah yang lebih kecil dari logam nonferrous, tetapi juga dapat digunakan untuk logam besi, oleh pengecoran yang lebih kecil atau untuk jalur khusus paduan.

Tungku krusibel telah digunakan secara luas disepanjang sejarah peleburan logam. Proses pemanasan dibantu oleh pemakaian berbagai jenis bahan bakar.Tungku ini bias dalam keadaan diam, dimiringkan atau juga dapat dipindah-pindahkan. Dapat diaplikasikan pada logam-logam ferro dan non-ferro

Dapur ini melebur logam tanpa berhubungan lagsung dengan bahan pembakaran tidak langsung (indirect fuel-fired furnance).

Tungku wadah yang digunakan untuk mencair dan memegang batch kecil non-ferrous paduan.

Ada dua jenis utama tungku krusibel:

·         listrik resistensi tungku,

·         gas (migas) tungku.

Dalam gas tungku panas disediakan oleh burner diarahkan ke wadah tersebut. Dalam tungku resistensi elemen pemanas listrik yang digunakan sebagai sumber panas.

Dalam diatas ditunjukkan 3 jenis dapur krusibel yang biasa digunakan :

1.      krusibel angkat (lift-out crucible),

2.      pot tetap (stationary pot),

3.      dapur tukik (tilting-pot furnance).

Krusibel angkat :

Krusibel ditempatkan didalam dapur dan dipanaskan hingga logam mencair. Sebagai bahan bakar digunakan minyak, gas, dan serbuk batubaru. Bila logam telah melebur, krusibel diangkat dari dapur dan digunakan sebagai label penuangan.

Dapur pot tetap :

Dapur tidak dapat dipindah, logam cair diambil dari kontainer dengan ladel.

Dapur tukik :

Dapat ditukik untuk menuangkan logam cair.

Dapur krusibel digunakan untuk peleburan logam non-besi seperti perunggu, kuningan, paduan seng  dan aluminium. Kapasitas dapur umumnya terbatas hanya beberapa ratus pound saja.

 

 

 

 

 

 

KESIMPULAN

Dapur kupola adalah dapur yang digunakan untuk melebur besi tuang. Dapur ini berbentuk silindrik tegak, terbuat dari baja dan bagian dalamnya dilapisi dengan batu tahan api. Sebagai bahan bakar digunakan kokas (coke), dan batu kapur digunakan sebagai fluks, sedang bahan bakunya adalah besi bekas dan seringkali ditambahkan besi kasar.

Tungku krusibel merupakan  salah satu jenis tertua dan paling sederhana dari unit mencair digunakan dalam pengecoran. Tungku menggunakan wadah tahan api yang berisi muatan logam. Tuduhan dipanaskan melalui konduksi panas melalui dinding wadah tersebut. Bahan bakar pemanas biasanya coke, gas alam, minyak atau listrik. Pencairan Crucible umumnya digunakan di mana batch kecil paduan titik leleh rendah diperlukan. Terutama digunakan untuk mencairkan jumlah yang lebih kecil dari logam nonferrous, tetapi juga dapat digunakan untuk logam besi, oleh pengecoran yang lebih kecil atau untuk jalur khusus paduan.