Standar-Standar Pada Pengujian Refraktori

TUGAS REFRAKTORI KELOMPOK 1 SIFAT REFRAKTORI  –  POROSITAS  POROSITAS

Cakrawartya Sambyada

1206241514

Awang Pemuji

1206260955

Kevinozky Januard C.R.

1206260980

Rhaka Drastha A.P.

1306368091

Gerra Maulana

1306368103

TEKNIK METALURGI & MATERIAL UNIVERSITAS INDONESIA 2016

Sifat Refraktori Porositas  Definisi Porositas memiliki pengertian sebagai persentase volume dari pori atau celah terhadap volume keseluruhan dari Refraktori. Bentuk porositas dapat berupa terbuka (open) dan tertutup (closed). Berdasarkan hal tersebut didapatkan definisi porositas lebih lanjut. Apparent Porosity

:

Tanpa memperhitungkan poros yang tertutup. True Porosity

:

Dengan memperhitungkan poros yang tertutup.  Namun biasanya porositas yang tertutup akan diabaikan dalam perhitungan persentase  porositas dikarenakan jumlah yang sangat rendah, perbedaan disekitar 1-2%. Sedangkan untuk poros terbuka dapat diklasifikasikan lebih lanjut lagi menjadi permeable dan impermeable. Perhitungan untuk persentase porositas yang biasa digunakan adalah sebagai berikut

% %   =

    −      

 100%

10-15%  Low Porosity 20-25%  High Porosity Porositas dapat dikontrol dan dipengaruhi oleh beberapa hal berikut

:

-

Pengontrolan tekstur dari bata (pengontrolan distribusi ukuran dari partikel)

-

Penggunaan metode Green Manufacturing

-

Pengaturan temperatur pembakaran dan suhu perendaman

-

Kualitas dari raw material (adanya porositas yang melekat pada bahan baku)

:

Sifat Refraktori Porositas  Definisi Porositas memiliki pengertian sebagai persentase volume dari pori atau celah terhadap volume keseluruhan dari Refraktori. Bentuk porositas dapat berupa terbuka (open) dan tertutup (closed). Berdasarkan hal tersebut didapatkan definisi porositas lebih lanjut. Apparent Porosity

:

Tanpa memperhitungkan poros yang tertutup. True Porosity

:

Dengan memperhitungkan poros yang tertutup.  Namun biasanya porositas yang tertutup akan diabaikan dalam perhitungan persentase  porositas dikarenakan jumlah yang sangat rendah, perbedaan disekitar 1-2%. Sedangkan untuk poros terbuka dapat diklasifikasikan lebih lanjut lagi menjadi permeable dan impermeable. Perhitungan untuk persentase porositas yang biasa digunakan adalah sebagai berikut

% %   =

    −      

 100%

10-15%  Low Porosity 20-25%  High Porosity Porositas dapat dikontrol dan dipengaruhi oleh beberapa hal berikut

:

-

Pengontrolan tekstur dari bata (pengontrolan distribusi ukuran dari partikel)

-

Penggunaan metode Green Manufacturing

-

Pengaturan temperatur pembakaran dan suhu perendaman

-

Kualitas dari raw material (adanya porositas yang melekat pada bahan baku)

:

Standard penentuan porositas pada refraktori Standard uji prosedur untuk menentukan porositas sehingga diketahui densitas asli dari refraktori tersebut dapat diketahui dan data tersebut diatur dalam ISO 5016 : 1997 dan ASTM C 134. ISO 5016 : 1997

Prinsip pengujian masa dari sampel yang kering dengan bentuk geometri spesifik ditentukan dengan berat dan dimensi yang telah diukur. Dari nilai tersebut dapat menentukan volume bulk densitas dan porositas asli yang ditentukan oleh perhitungan. Untuk metode  pencelupan ke suatu cairan untuk menentukan massa sampel tidak berlaku pada produk refraktori hal ini disebabkan karena sangat terbukanya

tekstur permukaan yang dapat

menyebabkan kesalahan dalam penentuan massa.  Peralatan 

Kaliper

: Kaliper, berukuran pada 0,5 mm, atau logam datar, yang

memiliki ukuran 0,5 mm dan memiliki persegi di salah satu ujung yang dapat dipasang ke tepi potongan uji. 

Oven pengering

: yang dapat diature temperaturenya pada (110 +-5)oC



Timbangan

: dengan akurasi 0.1 gram



Desikator

Sampel 

Jumlah sampel yang dilakukan pengujian ditentukan dengan pihak terkait



Jika beberapa sampel dilakukan pengujian, jumlah yang sama dari sampel dapat diambil pada tiap sampel sehingga menghasilkan perhitungan statistik



Sampel dapat berbentuk persegi dengan permukaan yang rata dan sejajar. Volume dari tiap sampel tidak boleh kurang dari 500 cm3 dan dimensi dari sampel tidak boleh kurang dari 50 mm.



Untuk bata yang dibentuk dengan gergaji, bata tersebut dapat digunakan untuk sampel karena terdapat sisi yang datar dan paralel

 Prosedur



Menggunakan kaliper untuk menghitung tiga hal yang penting ( panjang l, luas b, ketebalan d) dari masing-masing bagian tes untuk jarak 0,5 mm. Pengukuran dapat dibuat dari titik tengah setiap sisi, dan rata-rata dari 4 kali perhitungan dapat dilakukan untuk 3 dimensi penting tersebut.



Melakukan pengeringan dari sampel uji pada drying oven yang di lakukan pada temperature (110+- 5)oC, kemudian dilakukan pendinginan pada temperature normal didalam desikator. Dan berat dari sampel uji mendekati 0.1 gram



Melakukan pengeringan, pendinginan serta penimbangan kembali hingga massa konstant dicapai sehingga akhitnya didapatkan berat sebelum dan sesudah pada kurang lebih 2 jam di oven pengering yang tidak melebihi 0.1%.



Menentukan densitas asli dengan menggunakan ISO 5018

 Hasil 

Volume padat dari sampel uji dihasilkan dalam cm3 dengan persamaan : Vb=lbd dengan l,b dan d merupakan panjang,lebar dan tebal dalam sentimeter



Densitas padat ρb dari sampel uji didapatkan dengan persamaan ρb=m/Vb dengan m merupakan masa kering dalam gram, dan Vb adalah volume padat dalam cm3



Densitas harus ditulis dalam g/ cm3 atau dalam kg/m3 (mengalikan hasil degnan 8.2 x 103) kalkulasi dapat ditulis dengan 3 angka pasti.



Porositasπ dapat ditentukan dengan persamaan o



π1=(ρt-ρb)/pt x 100%

Dengan : pt merupakan densitas asli yang ditentukan oleh ISO 5018 , ρb merupakan densitas padat

 Laporan Pengujian Laporan pengujian dibuat dengan beberapa informasi yaitu : 

 Nama dari pengujian yang dilakukan



Tanggal pengujian dilakukan



Referensi mengacu pada standard internasional contohnya adalah “ditentukan  berdasarkan ISO 5016”



Informasi material yang dilakukan pengujian ( pabrik pembuat, tipe dll)





Jumlah dari sampel uji per item  Nilai satuan dan nilai rata rata dari densitas padat dan porositas asli dari tiap item

 Peranan Porositas Setiap refraktori memiliki persentase poros yang berbeda-beda. Secara general, rekfraktori yang memiliki porositas rendah akan memiliki karakteristik sebagai berikut -

Higher Thermal Conductivity

-

High Strenght

-

High Slag Resistance.

-

Low Shrinkage

:

Sedangkan refraktori dengan porositas tinggi memiliki karakteristik sebagai berikut -

:

Insulator Hal ini dikarenakan dengan banyaknya poros maka akan banyak udara yang terjebak. Udara merupakan konduktor panas yang buruk.

-

High Shrinkage Banyaknya poros menyebabkan ketahanan shrinkage yang buruk dan akan  berpengaruh pada temperatur tinggi. Oleh karena sifat-sifat diatas biasanya refraktori dengan porositas rendah le bih banyak

digunakan pada daerah yang terpapar panas langsung sedangkan refraktori dengan porositas tinggi digunakan sebagai pelapis. Kadar porositas yang ada pada material harus dalam jumlah yang sangat sedikit agar material mampu memiliki ketahanan panas yang tinggi (seiring meningkatnya densitas pada material). Porositas biasanya terjadi pada saat proses pemanasan dalam suhu yang tinggi dan selama proses pemanasan ini, adanya beberapa unsur yang mengalami peluluhan atau meleleh serta gas-gas yang terperangkap keluar sehingga menciptakan lubang-lubang berupa  pori. Keuntungan porositas pada material: 1. Material akan memiliki tingkat permeabilitas yang baik Kerugian porositas jika ada pada material: 1. Jumlah porositas yang cukup tinggi dapat mengakibatkan penurunan kekuatan

2. Jumlah porositas yang tinggi dapat mengakibatkan penurunan suhu leleh dari material 3. Porositas dapat menyebabkan cacat pada material (terciptanya crack atau flaw) sehingga hal ini bisa memicu kepada fracture atau failure dengan mudah

 Metode penentuan nilai Apparent Porosity 1. Evacuation Methode Metode ini dapat diaplikasikan pada semua jenis refraktori dengan bahan perendam berupa air atau paraffin cair yang telah dipanaskan sampai dengan 200 oC. Ukuran spesimen yang digunakan adalah 65x65x40 mm yang telah dibersihkan dan digerinda te rlebih dahulu. Prosedur -

:

Keringkan spesimen hingga suhu 110 oC kemudian dinginkan sampai dengan suhu kamar dalam desiccator dan timbang beratnya (D) dengan akurasi 0.1g.

-

Masukan sampel kedalam desiccator vacuum dan turunkan tekanan sampai dibawah 25 mmHg. Masukan cairan perendam dan diamkan selama 5-6 jam dalam kondisi tekanan yang telah direduksi.Kemudian hitung berat ketika berada dalam larutan tersebut (S).

-

Hitung berat sampel diudara (W)

Perhitungan

:

=

1 

 100%

=

− −

  100%

2. Boiling Water Methode Metode ini hanya dapat diaplikasikan untuk Burnt Bricks. Prosedur -

:

Keringkan spesimen hingga suhu 110 oC kemudian dinginkan sampai dengan suhu kamar dalam desiccator dan timbang beratnya (D) dengan akurasi 0.1g.

-

Panskan dalam air suling hingga mendidih selama dua jam kemudian dinginkan. Timbang berat ketika dalam perendaman (S) tanpa menyentuh dasar.

-

Keluarkan dari air, lap permukaannya dan kemudian timbang diudara (W)

REFERENSI : K.K. Strelov. Porosity of Refractories, East Institute of Refractories. 1967. Determination

of

Apparent

Porosity.

Chemical

Engineering

IIT

Bombay.

2016.

http://www.che.iitb.ac.in/online/files/MS-207.pdf Apparent Porosity & True Porosity. Chemical Engineering, IDC Tech. 2016. http://www.idconline.com/technical_references/pdfs/chemical_engineering/Apparent_Porosity_and_True_P orosity.pdf http://ispatguru.com/introduction-to-the-characteristics-of-refractories-and-refractorymaterials/ ISO 5016 : 1997 ASTM C 134 : 1999

THE RMAL AND ELE CTRI CTRI CAL CONDU CONDUCT CTII VI TY OF OF RE F RACTO RACTORY  MA  M A TE R I A L S

Meitreya Taris –  1306368255   1306368255 Kalvin Saputra Irawan –  1306368274  1306368274 Rachman Kurnia –  1306368122   1306368122 Bayu Mahardika –  1306368192   1306368192 Johanes James - 1306368280 Kelompok 2

Departemen Teknik Metalurgi dan Material Fakultas Teknik Universitas Indonesia

THERMAL AND ELECTRICAL CONDUCTIVITY OF REFRACTORY MATERIALS

Refraktori didefinisikan sebagai material konstruksi yang mampu mempertahankan  bentuk dan kekuatannya pada temperatur sangat tinggi dibawah beberapa kondisi sepertitegangan mekanik (mechanical stress) dan serangan kimia (chemical attack) dari gasgas panas, cairan atau leburan dan semi leburan dari gelas, logam atau slag (Hancock, 1988). Selain itu refraktori juga memilik sifat Thermal and Electrical Conductivity. 1. Thermal Conductivity A. Definisi

Konduktivitas Thermal/ Panas dari suatu bahan refraktori merupakan kemampuan refraktori untuk menghantarkan panas. Refraktori merupakan material tahan temperatur tinggi yang biasa digunakan untuk aplikasi furnace, dll. konduktivitas panas dari refraktori merupakan sifat penting karena dengan mengetahui konduktivitas panas tersebut maka kita dapat mengaplikasikan refraktori di tempat yang tepat. Jika konduktivitas panas rendah, material refraktori berperan sebagai insulator dan akan ditempatkan di bagian luar dari dapur  pemanas, jika konduktivitas panas tinggi maka refraktori berperan sebagai konduktor yang akan ditempatkan dibagian dalam tempat logam akan dilelehkan. Konduktivitas panas yang tinggi pada refraktori memiliki pori yang besar. B. Metode Pengujian : Hot wire cross-array method C. Prinsip

Pemanasan dari potongan uji dalam furnace pada suhu tertentu dan ditahan pada suhu tersebut. Pemanasan lokal lebih lanjut dengan konduktor listrik linear ( kawat panas ) tertanam dalam potongan uji yang membawa arus listrik konsisten dalam waktu dan sepanjang potongan uji .Perhitungan konduktivitas termal dari tenaga input ke kawat  panas dan suhu di dua interval setelah pemanasan dimulai , variasi suhu kawat panas menjadi fungsi dari termal konduktivitas bahan dari benda uji . D. Apparatus

-

Furnace, mampu menampung satu atau lebih potongan ujites sampai dengan

maksimal 1 250 'C. Suhu di dua poin di wilayah yang diduduki oleh potongan uji tidak boleh berbeda lebih dari 10 oC. Suhu di wilayah itu selama tes tidak berbeda lebih dari 0,5oCdan akan dikenal dengan akurasi ~ 5 oC.

-

Hot wire sebaiknya dari platina atau platina / rhodium, sekitar 200 mm dan tidak

melebihi 0,5 mm, panjang yang dengan dalam toleransi 0,5 mm. -

Power supply to the hot wire,  baik a.c. atau DC, dan tidak bervariasi dalam power

yang digunakan selama periode pengukuran lebih dari 2 %. -

Measuring crosspiece , dibentuk oleh kawat panas dan platinum / platinum-rhodium

termokopel yang dilas di pusatnya. Badan dari termokopel harus di sebelah kanan sudut kekawat panas (lihat angka 1 dan 2).Maksimal diameter badan dari termokopel harus tidak lebih besar dari diameter kawat panas (untuk meminimalkan hilangnya  panas pada titik pengukuran oleh konduksi). -

Measuring circuit, Untuk setiap ujung kawat panas dilas dua kawat dari jenis yang

sama (dari diameter yang lebih besar, jika mungkin, dibandingkan dengan kawat  panas itu sendiri), satu untuk memasok pemanasan saa tini dan yang lainnya untuk  pengukuran penurunan tegangan. Termokopel dilas kepusat kawat panas terhubung  bertentangan dengan termokopel referensi untuk memungkinkan perubahan suhu yang akan diukur. kabel yang cukup panjang untuk mencapai luar tungku. -

Measuring apparatus 

Penurunan tegangan antara ujung-ujung kawat panas akan menjadi perhitungan dengan akurasi 0,5 %. Sebagai alternative untuk pengukuran penurunan tegangan, resistansi panas kawat dapat diukur, dengan akurasi yang sama; jika total kenaikan suhu melebihi 15 °C, perlu dilakukan variasi resistansi dari kawat panas dengan suhu .



Arus melalui kawat panas harus diukur dengan toleransi 0,5%.



Peralatan untuk mengukur suhu panas kawat harus memiliki sensitivitas 10 mV/cm, dengan toleransi1 %.

-

Wadah untuk serbuk granular , jika Tes dilakukan pada materi tersebut, memiliki

dimensi internal yang sama dengan yang ditentukan potongan uji, sehingga bahwa "test piece" terdiri dari dua atau tiga bagian. Bagian bawahwadah harus memiliki empat sisi dan sebuah dasar, dan bagian atas atau tengah harus memiliki empat sisi saja. E. Test Pieces

-

Jumlah item yang akan diuji harus ditentukan sesuai dengan ISO 5022 atau  pengambilan sampel standar lain.

-

Setiap potongan uji harus terdiri dari dua atau tiga bagian identik tidak kurang dari ukuran 200 mm x 100 mm x50 mm.

-

Setiap permukaan bagian dari potongan uji harus kontak dengan bagian lain, jika  perlu, digiling sehingga penyimpangan dari kerataan antara dua titik tidak kurang dari 100 mm selain tidak lebih dari 0,2 mm.

-

Dalam bahan padat, ketika sebuah uji dua-bagian yang digunakan, dua alur lurusuntuk melintang diukur danV-groove untuk termokopel referensi harus mesin di atas (kontak) wajah bagian bawah . Ketika potongan ujitiga bagian yang digunakan, alur untuk melintang harus dimachining di atas bagian bawah dan V-groove untuk referensi termokopel dalam menghadapi atas bagian tengah. Dalam kedua kasus tidak mendalam maupun lebar alur melebihi 1 mm.

F. Prosedur

-

Menyusun potongan uji. Dalam kasus dibagi menjadi dua bagian, letakkan measuring crosspiece  dan reference thermocouple antara bagian yaitu di bidang kawat panas. Dalam kasus potongan uji threesection, menempatkan batang yang melintang, dengan kawat panas, antara tengah dan bagian bawah dan termokopel referensi antara bagian atas dan bagian tengah

-

Dengan potongan uji dari refractory padat, crosspiece  dan reference thermocouple akan disemen dalam alur yang dipotong, menggunakan semen terbuat dari  finely  ground   dari bahan uji, dicampur dengan sejumlah kecil binder   yang cocok (misalnya 2 % dexstrin dan air).

-

Jika tes sedang dilakukan pada bahan bubuk atau butiran, Penuhi bagian bawah sampai dan bagian teratas adalah material tes, dan tempatkan di atasnya kawat panas dan crosspiece  jika sepotong uji dua-bagian yang digunakan. Tempatkan wadah terbuka di atas pertama dan mengisinya dengan materia l tes; jika dua-bagian potongan uji yang digunakan, ini melengkapi material tes. Jika tiga bagian potongan uji yang digunakan, letakkan beberapa referensi di posisi atas bagian tengah dan tempat dan memenuhi bagian atas dengan cara yang sama. Menentukan bulk density jelas dari  bahan uji dalam menuangkan.

-

Tempatkan potongan uji di furnace, ditumpuk masing-masing bagian (untuk memastikan pemanasan seragam, dari bahan yang sama, memiliki dimensi 125 mm x 10 mm x 20 mm, bertumpu pada 125 mm x 10 mm , dan ditempatkan sejajar dengan 100 mm (atau 114 mm) menghadap dari potongan uji dan sekitar 20 mm dari hadapan lainnya.

-

Menghubungkan measuring circuits  masing-masing bagian tes untuk measuring apparatus .

-

Dengan rangkaian hot-wire terbuka, menaikkan suhu furnace untuk suhu uji (terendah dari suhu uji jika tes sedang dilakukan lebih dari satu suhu) tidak lebih dari 10 ° C / menit.

-

Dengan power supply terhubung ke setara perlawanan boneka nilai dengan yang ada  pada kawat panas, mengatur input daya ke nilai yang (dari tes awal) dikenal untuk menghasilkan dalam kawat panas peningkatan suhu tidak lebih dari 100 'C dalam 15 menit.

-

Ketika furnace mencapai suhu tes, memverifikasi bahwa suhu di wilayah yang diduduki oleh test piecesis seragam dan konstan. Variasi antara suhu yang ditunjukkan oleh termokopel dihubungkan kembali ke belakang (termokopel dilas ke kawat panas dan termokopel referensi) tidak akan lebih dari 0,05 ° C selama waktu  pengukuran.

-

Ketika kondisi stabil, menutup rangkaian kawat pemanas dan s saat itu mengukur waktu yang berlalu dan membuat catatan terus menerus dari suhu panas-kawat.

-

Setelah waktu pengukuran, biasanya 10 sampai 15 menit, matikan arus sirkuit  pemanasan dan membiarkan panas kawat dan potongan uji untuk memiliki suhu setimbang.

-

Verifikasi keseragaman dan konsistensi dari suhu sesuai dengan langkah sebelumnya. Ulangi prosedur dan untuk memperoleh pengukuran lebih lanjut dari laju kenaikan suhu dari kawat panas di bawah kondisi yang sama.

-

Ulangi prosedur yang diuraikan dalam sebelumnya, sehingga untuk memperoleh  pengukuran Sepertiga dari laju kenaikan suhu dari kawat panas di bawah kondisi yang sama.

G. Standar Uji Thermal Conductivity untuk Refraktori ASTM

C182 - 88(2013)

Standard Test Method for Thermal Conductivity of Insulating Firebrick 

C201 - 93(2013)

Standard Test Method for Thermal Conductivity of Refractories

C202 - 93(2013)

Standard Test Method for Thermal Conductivity of RefractoryBrick 

C417 - 05(2015)

Standard Test Method forThermal Conductivityof Unfired Monolithic Refractories

C767 - 93(2013)

Standard Test Method for Thermal Conductivity of CarbonRefractories

C1113 / C1113M

Standard Test Method for Thermal Conductivity of Refractories by Hot

- 09(2013)

Wire (Platinum ResistanceThermometerTechnique)

C1171 - 15

Standard Test Method for Quantitatively Measuringthe Effect of Thermal Shock and Therma lCycling on Refractories

H. Fungsi Pengujian

Untuk meneliti kenaikan local heating   di tengah spesimen, dan peningkatan suhu sebagai fungsi waktu dicatat. I. Perhitungan

 Nilai Thermal conductivity(k)  dapat dihitung menggunakan input daya listrik yang diketahui pada kawat panas per satuan panjang (Pi), waktu berlalu(t 1,t2) dan perubahan temperatur pada t1dan t2 (∆θ1, ∆θ2) seperti persamaan dibawah :

J. Metode pengujian lain  : Laser flash method

-

Standar Pengujian : ASTM E1461

-

Prosedur Pengujian  : Satu sisi dari spesimin yang tipis dikenakan pulse dari laser

dengan high-intensity. Dengan waktu yang singkat energi radiasi terserap kedalam spesimen dan menghasilkan temperatur yang meningkat pada bagian sisi spesimen yang lain. -

Fungsi Pengujian : Untuk mendapatkan kurva temperatur sebagai fungsi waktu dan

digunakan untuk menghitung thermal diffusivity (α). -

Perhitungan :  Nilai Thermal conductivity(k) dapat dihitung menggunakan kapasitas

 panas (Cp) dan densitas ( ρ) seperti persamaan dibawah :

2. Electrical Conductivity A. Definisi

Konduktivitas

Listrik

didefinisikan

sebagai

kemampuan

material

untuk

menghantarkan listrik. Material refraktori yang baik harus memiliki konduktivitas listrik yang rendah. Hal ini dikarenakan menghindari terjadinya pertemuan arus listrik antara material yang akan dilelehkan dengan refraktori yang dapat menyebabkan hubungan arus  jangka pendek.

B. Metode Pengujian

Untuk metode pengujian electric conductivity testing masih jarang dilakukan sehingga kami mencari referensi dari jurnal dengan judul The effect of nano-size additives on the electrical conductivity of matrix suspension and properties of self-flowing lowcement high alumina refractory castables. C. Apparatus

D. Test pieces

Untuk potongan uji digunakan low-cement high alumina refractory dengan karaketeristik seperti dibawah

E. Prosedur

-

Konduktivitas listrik dari suspensi matriks adalah diukur dengan sel conductimetric yang terdiri dari dobel gelas berdinding terhubung ke sirkuit air untuk mempertahankan suhu konstan (20-24 °C)

-

Setelah memasukkan probe konduktivitas bersama dengan perangkat pe ngadukan,

-

80 g air suling adalahditambahkan ke gelas kimia dan larutan diaduk terus menerus sampai suhu konstan tercapai.

-

Kemudian, 16 g bubuk matriks ditempatkan ke dalam sel dan pengukuran dimulai. Elektris konduktivitas diukur dalam mili-siemens / cm di 5-min interval

F. Standar Uji Thermal Conductivity untuk Refraktori -

-

 ASTM D257

ASTM D4496 - 04

G. Fungsi Pengujian

Fungsi pengujian ini dalam jurnal berfungsi mengetahui pengaruh kandungan additive  pada refraktori terhadap electric conductivity.

Referensi : -

Sasan Otroj a, *, Arezoo Sagaeian b , Arash Daghighi a , Z. Ali Nemati, The effect of nano-size additives on the electrical conductivity of matrix suspension and properties of self-flowing low-cement high alumina refractory castables, Ceramics International 36 (2010).

-

IS 1528-21 (2007): Methods of sampling and physical tests for refractory materials, Part 21: Determination of thermal conductivity according to hot-wire method (crossarray) [MTD 15: Refractories

REFRACTORINESS

Walman Saurdo Silalahi

(1306368343)

Rinanda Rahmat

(1306368406)

Nida Fauziah

(1306370354)

Sergio

(1306387866)

M Tito Setiawan

(1306389045)

Kelompok 3

Departemen Teknik Metalurgi dan Material Fakultas Teknik Universitas Indonesia

Refractoriness

1. Definisi Refractoriness menurut Zirkon Brick_Zhengzhou Sunrise Refractory mengacu pada sifat refraktori yang multiphasa untuk mencapai ke tingkat pelunakan tertentu pada suhu tinggi tanpa adanya beban pembebanan, yang akan menunjukkan kemampuan tahan terhadap suhu tinggi. Sifat ini merupakan skala dasar untuk mengukur kemampuan ketahanan terhadap suhu tinggi dan juga untuk menunjukkan sifat pada suhu tinggi. Refractoriness merupakan sebuah acuan penting untuk menilai apakah  produk refraktori ini cocok apabila digunakan di furnace tertentu. Komposisi kimia dan mineral serta distribusi dan kombinasi setiap fase memiliki  pengaruh yang menentukan sifat refractoriness. Semua jenis impurity  dapat mengurangi sifat refractoriness, sehingga perlu diperhatikan kandungan impurity untuk meningkatkan kemurnian material refraktori

2. Pentingnya Refraktori

Refraktoriness dari suatu material dapat mengindikasikan kehadiran pengotor didalamnya. Dengan membandingkan nilai refraktoriness di suatu percobaan dengan nilai refraktoriness pada literatur, kita dapat memprediksikan presentase error pada  percobaan tersebut. Presentase error yang terbilang tinggi dapat mengindikasikan  bahwa di dala sampel tersebut terdapat pengotor.  Namun pada kenyataannya, suhu tinggi bukanlah satu-satunya parameter dalam menentukan kualitas suatu material refraktori. Ada beberapa parameter lainnya yang harus dipertimbangkan seperti halnya lingkungan yang korosif. Maka oleh itu, dapat disimpulkan bahwa nilai refraktoriness dari suatu material dapat dijadikan suatu referensi, namun tidak dapat dijadikan referensi tunggal dalam menentukan kualitas suatu material refraktori.

Dengan mengetahui sifat refraktoriness dari suatu material, kita dapat memilih untuk aplikasi tertentu dengan tepat dan sesuai kebutuhan. Seperti gambar dibawah ini.

Pengaplikasiannya sesuai dengan PCE, contohnya pada fireclay diaplikasian sebagai material refraktori untuk reheating furnace, dan untuk magnesite biasanya digunakan  pada blast furnace dikarenakan temperatur dan gaya beban yang diberikan sangat tinggi sehingga diperlukan sifat refraktoriness yang tingg juga 3. Standar

Kebanyakan refraktori merupakan campuran beberapa metal oksida, yang memiliki melting point yang tinggi. Pengujian refraktori biasa dilakukan dengan menggunakan  Pyrometric Cone Elquipment. Pyrometric Cone Elquipment merepresentasikan  pelunakan refraktori terhadap temperature dari dimensi standar sebuah refraktori (38 mm dan 19 mm triangular base). Metode Pyrometric Cone Elquipment:

 Metode ini digunakan pada industry keramik untuk menguji refractoriness dari

refractory brick   Material yang diuji berbentuk cone/kerucut yang merupakan campuran oksida

yang meleleh pada temperature tertentu.  Tinggi cone 38 mm  Cone dipanaskan pada kondisi standar yaitu dengan laju 10 oC/min

 Pyrometric Cone Elquipment dapat menetukan hal-hal berikut:  Temperature

dimana refractory brick   atau cone mengalami peluruhan

sehingga ujung cone menyentuh dasar (unit dari PCE)  Refraktori tidak dapat digunakan di atas temperature tersebut

4. Pengujian

Pengukuran atau pengujian dihitung dengan membandingkan  softening temperature dari sebuah tabung uji dengan seri  pyrometric cone  yang membentuk pyramida. Tabung uji disiapkan, kemudian dihitung  softening temperature  untuk dihitung sebagai dimensi yang sama dari pyrometric cones. Tabung uji kemudian diletakkan di elektrik furnace. Dapur kemudian dipanaskan pada  standart rate 10oC/menit dimana terjadi pelunakan cone. Temperature dimana puncak kerucut menyentuh dasar tabung/lingkaran uji adalah suhu pelunakan.

Cone Orthon pyrometric Cone  di kembnagkan pertama kali pada akhir tahun 1800. Kemampuan cone bertahan merupakan variabel dari waktu dan temperatur kerja pada keramik tersebut.

Pemilihan cone yang tepat Misalnya: Kita melakukan pemanasan ( firing)  hingga 1.147 oC dan laju pemanasan 75oC/jam. Pilih refraktori yang memiliki heating rate  terdekat dari yang kita

 butuhkan, misalnya Cone 1 (60 oC/jam) lalu aplikasikan pada 1.147 oC, cone 2 yang memiliki temperatur ekuivalen lebih besar dan cone 3 memiliki temperatur ekuivalen lebih kecil, maka pilih cone 3. Jika profile yang diminta sudah termasuk dalam termperatur maksimum yang di inginkan, maka pilih cone dengan cone number   yang lebih tinggi, satu-dua cone number untuk  soak temperature  satu jam, dua-tiga cone number untuk dua jam. Setelah menentukan cone number   yang dibutuhkan untuk kiln’s firing , kita harus memilih satu cone number  yang lebih besar dan satu yang lebih kecil dari target cone number . Bakar ( fire) 3 cone tersebut dalam kiln untuk menentukan  firing profile yang tepat. Jika posisi akhir cone setelah dibakar antar 25 atau 75 derajat, kita harus memilih cone yang sesuai untuk kiln’s profile.

PCE 428 Karena keberagaman komposisi dan struktur, sehingga refraktori keramik memilki melting point yang beragam. Refraktoriness ditandai dengan optical determination dari PCE, yaitu suhu dimana ujung kerucut menyentuh dasar. PCE428 mempunyai mechanical lever , dimana posisi plat dasar untuk sampel dan cones di hood   PCE. Temperatur maksimum 1700 oC (SK 31, ISO 170) sesuai dengan DIN EC 993-12. Furnace dilengkapi dengan pengontrol suhu tunggal.

K ey Technical Data  Temperature range

: RT to 1700oC

 Heating element

: 4 Kanthal-Super 1800

 Heating and cooling rates

: 0.01 K/min to 5 K/min

 Cone Support

: Al2O3 Plate

 Temperature measurement

: furnace-thermocouple

 Cone size

: Small pyrometric cone (laboratory

cone)  Atmosphere

: air, static

Referensi :

Dr. V. S Gayathri & Dr. K. Yamuna. ‘Refractoriness’. 2008 http://www.industry.guru/pyrometricconeequivalentpcetestinortonorsegartodeterminer  efractorinessofarefractorymaterial.html diakses pada Rabu 14 September 2016

https://www.netzschthermalanalysis.com/en/productssolutions/refractorytesting/pce42 8/ diakses pada Rabu 14 September 2016 https://www.ortonceramic.com/en/Pyrometric%20Cones/ September 2016 Source: anna.allsyllabus.com

diakses pada Rabu 14

RE F RACTORI NESS UNDER LOAD

PRADITYO NUR O.

(1306392600)

KRISIPHALA

(1306392563)

AHMAD FADLI

(1306392475)

AHADYA P.

(1306389045)

MUSTAFA M.

(1306392512)

KELOMPOK 4

Departemen Teknik Metalurgi dan Material Fakultas Teknik Universitas Indonesia

1. PENGERTIAN REFRACTORINESS UNDER LOAD

 Range temperatur di mana terjadi pelunakan pada material refraktori tidak dapat disamakan dengan range temperatur di mana bahan baku dari material refraktori tersebut meleleh atau  fracture. Maka itu, diperlukan perhitungan untuk aplikasi dari material refraktori tersebut. Perhitungan tersebut dinamakan  Refractoriness Under Load (RUL).  Refractoriness Under  Load merupakan kemampuan tahan suatu material refraktori terhadap peningkatan temperatur dan dengan adanya deformasi. Deformasi yang diaplikasikan merupakan beban konstan. Peningkatan temperatur menyebabkan adanya distorsi pada suatu material yang dipanaskan. Distorsi merupakan mobilitas dari partikel padat dengan adanya partikel cair, di mana massa secara keseluruhan tidak dapat menahan tekanan karena beban berat sendiri. Tinggi dari material tersebut akan berkurang dan lebar dari material tersebut bertambah sampai bentuk akhir tercapai di mana massa secara keseluruhan dalam keadaan setimbang.  Refractoriness Under Load sangat penting untuk memeriksa kesesuaian material refraktori yang akan diaplikasikan pada temperatur tinggi. Hal ini dapat memberikan indikasi temperatur di mana material refraktori akan hancur sehingga indikasi ini dapat digunakan  pada pemanasan material refraktori yang sama dengan aplikasi beban yang sama pula. Perhitungan yang umum digunakan adalah sebagai berikut: RUL = T x 0.6 di mana, RUL = Refractoriness Under Load T = Temperatur fracture

2. Sifat Refractory Under Load

 Refractoriness under load merupakan sifat yang sangat penting terhadap sebuah material yang tergolong refraktori. Material refraktori harus memiliki kriteria bahwa material tersebut dapat tahan pada temperatur tinggi tanpa ada nya perubahan fasa. Akan tetapi ketika material tersebut mengalami beban yang

 berkala pada temperatur yang tinggi, material tersebut akan mengalami  softening (pelunakan). Sehingga walaupun material tersebut mempunyai sifat ketahananpanas yang tinggi, material tersebut akan mengalami perubahan sifat mekanik ketika diberi beban yang konstan pada temperatur yang tinggi. Hal ini menjadi faktor yang sangat krusial pada pemilihan material yang akan digunakan  pada lingkungan yang bertemperatur tinggi dan akan mengalami beban yang konstan. Seperti contoh pada material  fireclay yang mempunyai titik lebur pada 1775oC dan kemamputahan  panas hingga 1515oC, akan tetapi ketika material tersebut mengalam pembebabnan pada 0.2MPa secara berkala maka pada temperatur 1300oC material tersebut akan mengalami  pelunakan dan sudah tidak efektif untuk digunakan pada temperatur lebih dari 1300oC walaupun sifat refraktori dari material fireclay mampu hingga temperatur 1515oC. Kesimpulanya ketika memilih material yang akan digunakan pada temperatur yang tinggi harus dipertimbangkan sifat refractoriness under load untuk mengantisipasi kegagalan material ketika diberi pembebanan.

3. Standard Pengujian

Standar pengujian refractoriness under load (RUL) menggunakan standar ISO 1893:2007 . Pada prinsipnya, proses pengujian dilakukan dengan memperlakukan beban kompresif yang konstan pada benda uji. Pengujian dilakukan seiring dengan meningkatkan temperatur pada laju tertentu. Peningkatan temperature dilakukan terus menerus hingga terjadi deformasi pada  benda uji. Komponen utama pada pengujian RUL adalah  furnace, loading device (pemberi beban) dan alat pengukur. Seperti yang terlihat pada gambar 1, test piece diberi beban kompresif dari atas ke bawah menggunakan loading device. Pada saat pembebanan, temperatur ditingkatkan pada laju tertentu menggunakan  furnace. Deformasi yang terjadi pada benda tersebut diukur menggunakan computer device atau alat pengukur lainnya.

Berdasarkan ISO 1893:2007, standar ukuran benda uji adalah silinder dengan diameter minimal 12 mm dan maksimal 13 mm. Sedangkan untuk pemberi beban ( loading device), minimal berukuran 45 mm.

4. Prosedur Pengujian

Refractoriness Under Load (RUL) adalah kemampuan refraktori untuk tidak memuai dan retak saat dimasukkan muatan dan menentukan maksimal temperatur pemakaian refraktori dibawah kondisi beban tekan serta penting untuk mengetahui kondisi tekanan /beban tinggi Pengujian pada RUL ini menggunakan Creep Test. Creep merupakan suatu mekanisme deformasi material dalam bentuk peregangan/ pemuluran yang disebabkan oleh tegangan yang statis (konstan) walaupun masih dibawah yield stress dan terjadi pada temperatur tinggi (minimal 40 % dari temperatur melting/ 0,4 Tm). Karena adanya RUL maka proses Creep timbul Refraktori udnerload berdasarkan iso 1893 adalah suatu pengukuran perilaku deformasi dari  produk refraktori keramik yang diberikan beban secara

konstan dan penambahan temperatur. Rentang suhu dimana pelunakan terjadi tidak sama dengan rentang suhu pelelehan dari bahan baku murni.Untuk itu harus ditentukan dengan mengandalkan RUL 421 untuk mengecek penggunaan dari produk refraktori pada aplikasi suhu tinggi RUL 421 cocok untuk pemakain beban termal jangka panjang dan mekanik. sample tes yang digunakan berdimensi 50 mm dan tinggi 50mm . Untuk pengukuran sistem diferensial dengan presisi tinggi sistem pengukuran untuk penentuan deformasi, tes sepotong silinder memiliki bore co-aksial 12,5 mm.Pemilihan dan penerapan beban pada potongan uji yang direproduksi dan independen dari deformasi melalui penggunaan kap-jenis tungku dengan counterweight Dengan mengurangi beban pada potongan uji sampai nilai yang dapat diabaikan (dibandingkan dengan permukaan benda uji), pengukuran dilatometer yang tepat pada sampel  besar dan bahkan homogen dapat dilakukan di RUL 421 pada suhu sampai 1700 ° C. Temperature range: RT to 1700°C Heating elements: 4 Kanthal-Super 1800 Heating- and cooling rates: 0,01 K/min to 5 K/min Sample holder: Al2O3 Load: 1 N to 1000 N (in steps from 1 N to 100 N) Measuring range: 20000 μm Δl resolution:

5 nm

Sample diameter: 50 mm Sample length: 50 mm Atmospheres: air, static (protective gas inlet optionally available) Vacuumtight version up to 10-2 mbar (special construction RUL/CIC 421 G)

5. Referensi

http://www.restar.eu/home/testing-standards-for-refractories/refractoriness-under-load/ Fayed, Sayel M. Al-Marahleh, Ghazi S. Abu-Ein, Suleiman Q. 2012. Improvement of The Refractoriness Under Load of Fire-Clay Refractory Bricks. Amman : Adv. Theor. Appl. Mech.

http://ispatguru.com/introduction-to-the-characteristics-of-refractories-andrefractory-materials/

STANDAR PENGUJIAN COLD STRE NGTH

ADRY ARISGRAHA

1306392600

ADITYA WISNU P

1306402734

ARRAZY AKMAL SANI

1306392626

DANNY SETYAWAN

1306392582

NAUFAL RAKHA P

1306392651

Kelompok 5

Departemen Teknik Metalurgi dan Material Fakultas Teknik Universitas Indonesia

Cold Strength

A. Definisi dan Gambaran Umum

Cold strength  merepresentasikan kemampuan sebuah benda untuk menghambat terjadinya kegagalan pada saat benda mengalami beban kompresif (compressive load ) dari suatu refractory brick   dalam temperatur ruang. Cold Strength  juga memiliki dampak yang  besar terhadap refractory insulating bricks, dimana batu-bata memiliki poros dan bulk density yang harus dipertimbangkan agar memiliki brick refraktori yang kuat, sehingga akan lebih tahan terhadap adanya gaya impak yang berasal dari rods  atau saat terjadinya proses  pelepasan  slag . Cold strength  ini juga dapat meningkatkan ketahanan terhadap abrasi.  Namun, apabila nilai Cold Strength terlalu tinggi maka akan meningkatkan kerapuhan dari brick   tersebut, yang akan mengakibatkan  premature spalling   dalam kondisi operasi yang  berat.

B. Pentingnya Sifat

Sifat dari cold strength  ini sangatlah penting dalam refractory, hal ini dikarenakan suatu refractory harus memiliki kekuatan yang tinggi baik itu dalam hal kekuatan, ketahanan terhadap abrasi dan lain sebagainya. Jadi tidak hanya tahan terhadap temperatur yang tinggi saja. Keuntungan yang didapatkan dengan sifat ini adalah jika misalnya saat pemrosesan terdapat gaya impak dari suatu rod   yang mengenai refraktori atau juga terdapat tumbukan yang terjadi karena pelepasan dari  slag , agar tidak menambah biaya perbaikan, akan lebih  baik dari awal pembuatan refraktori dipilih bahan yang memiliki nilai cold strength  yang tinggi. Kekuatan dari cold strength  ini merupakan kombinasi pengukuran antara kekuatan dari butir dan juga ikatan yang terjadi. Selain itu, dalam cold strength, variasi dari nilai yang dapat dicapai merupakan hasil dari komposisi kimia benda tersebut.misalnya pada refraktori Alumina, dengan meningkatnya komposisi alumina, maka nilai cold strength akan meningkat. Dan dengan tidak adanya impurity oksida dan adanya penambahan Cr 2O3, nilai cold strength akan meningkat dua kali lipat.

C. Standar yang Digunakan

Pengukuran terhadap cold strength, disesuaikan dengan EN 993-5, adalah dengan menambahkan beban kompresif pada sampel refraktori melalui sebuah mesin sampai sampel tersebut gagal. Selain itu, dapat juga diukur dengan mengikuti metode standar yang

digunakan untuk melakukan pengujian dari nilai cold strength  ini adalah Indian Standards (IS). Terdapat 2 buah standar yang digunakan sebagai acuannya, yaitu : -

 IS 1528 (part7):2009 = Methods of sampling and physical tests for refractory materials : Part 7 Methods of sampling and criteria for conformity

-

 IS 4041:2006 = Glossary of terms relating to refractory material

D. Prosedur Pengujian Standar D.1 Peralatan :

- Mesin pengujian kompresi mekanis atau hidrolik - Vernier Caliper - Set Square - Drying Oven

D.2 Sampel Uji : -

Ukuran dari sampel harus sesuai dengan kondisi berikut : + Kubus + Silinder; 50 ± 2 mm untuk tingginya dan 50 ± 2 mm untuk diameter + Brick standar [misalnya 230x114x76 (mm) atau 230x114x64 (mm)]

-

Sampelnya harus dipotong atau di drill. Jika terdapat crack atau cacat yang terllihat harus disingkirkan

-

Baik itu ujung dari spesimen yang diuji berbentuk slinder, harus dibuat menjadi  bidang dan paralel, lalu di grinding  permukaannya sesuai kebutuhan.

-

Keparalelan dari spesimen harus dicek dengan melakukan 4 kali pengukuran tinggi.

-

Ketegaklurusan harus dicek dengan meletakan spesimen ke permukaan bidang dengan menggunakan set square, letakan itu terhadap sisi dari spesimennya

-

Selanjutnya sampel yang sudah disiapkan secara hati -hati tersebut dikeringkan dengan menggunakan drying oven pada suhu 110±5°C. Selanjtunya didinginkan pada temperatur kamar dan hindarkan dari moisture sampai dimulainya pengujian.

D.3 Pengujian 

Melakukan pengukuran pada slinder

-

Pengukuran dilakukan terhadap 2 buah diameter tegak lurus untuk setiap permukaan dengan ukuran 0,1 mm. Lalu hitung nilai luas penampang melintang awal Ao.



Pengukuran Kubus

-

Melakukan 2 pengukuran terhadap setiap sisi dengan besar 0,1 mm. Lalu selanjutnya menghitung luas permukaan awal Ao.

-

Lalu meletakan spesimen pada bagian tengah yaitu antara bagian platens (roll) mesin dengan atau tanpa papan fiber selulosa dengan ketebalan antara 3 mm dan 7 mm

-

Pilih rentang pembebanan sehingga pembebanan yang diharapkan untuk terjadinya failure lebih besar dari 10% dari rentang pembebanan

-

Lakukan pembebanan tersebut secara perhalan dan berkelanjutan, meningkatkan kecepatan tekanan sebesar 1,0±0,1 N/mm. Sampai sampel mengalami kegagalan. Lalu catat pembebanan maksimum yang diperoleh.

D.4. Perhitungan

Selanjutnya dilakukan perhitungan dengan menggunakan rumus :

Gambar Compression Testing Machine

Referensi : 1) http://ispatguru.com/introduction-to-the-characteristics-of-refractories-and-refractorymaterials/ 2) http://www.restar.eu/home/testing-standards-for-refractories/cold-crushing-strength/ 3) https://law.resource.org/pub/in/bis/S10/is.1528.4.2012.pdf http://www.banksengineering.com/Refrac%20Properties%20-%20definitions.pdf 

Assessment of Thermal Shock Resistance of Refractory Materials

Lalita Padma Puspita

(1306405143)

Aryya S. Mahardika

(1306405162)

Rifa Satria

(1306405175)

Dimas Pratamawansyah Putra

(1306405181)

Mohammad Kemal

(1306405194)

Kelompok 6

Departemen Teknik Metalurgi dan Material Fakultas Teknik Universitas Indonesia

Assessment of Thermal Shock Resistance of Refractory Materials DEFINISI

Ketahanan terhadap thermal shock pada suatu material merupakan salah satu parameter  penting dalam karakterisasi refraktori karena akan menentukan  performance  pada banyak aplikasi. Baik refractory grains dan bonding sistem akan membesar ketika dipanaskan dan menyusut apabila didinginkan. Ketahanan terhadap thermal shock tergantung pada ikatan matrix grain. Ada dua metode standar untuk menentukan ketahanan thermal shock pada refraktori. Untuk jenis brick, ketahanan thermal shock diuji dengan “Ribbon Thermal Shock Testing” (ASTM C-1100) dan untuk refraktori jenis monolitik metode standarnya yaitu ASTM C-1171. STANDAR PENGUJIAN

Standar Pengujian Termal Shock: 1. ASTM C149 Standard Test Method for Thermal Shock Resistance of Glass Containers 2. ASTM C600 Standard Test Method of Thermal Shock Test on Glass Pipe 3. ASTM C385 Standard Test Method for Thermal Shock Resistance of Porcelain-Enameled Utensils 4. ASTM C1171 Standard Test Method for Quantitatively Measuring the Effect of Thermal Shock and Thermal Cycling on Refractories 5. ASTM C1525 Standard Test Method for Determination of Thermal Shock Resistance for Advanced Ceramics by Water Quenching 6. ASTM C484 Standard Test Method for Thermal Shock Resistance of Glazed Ceramic Tile 7. ASTM D7051 Standard Test Method for Cyclic Thermal Shock of SBS-Modified Bituminous Roofing Sheets with Factory-Applied Metal Surface SAMPEL

Untuk menguji ketahanan thermal shock , ada beberapa standard yang biasa digunakan. Dalam tulisan ini, preparasi sampel yang digunakan akan mengacu kepada standar ASTM

C1171. Hal yang diperhatikan untuk jumlah sampel adalah minimal terdiri dari 2 bentuk yang  berbeda dengan jumlah total minimal 10 buah (5 buah bentuk ‘a’ dan 5 buah bentuk ‘b’). Kemudian, sampel yang telah dibuat, harus dilakukan pemanasan awal sampai temperatur minimal sama dengan temperatur pengujian. Untuk ukuran dari sampel ini 25 mm x 25 mm x 152 mm. Apabila sampel harus dipotong, maka sampel tersebut harus memiliki satu permukaan yang sama seperti kondisi standar dan merupakan permukaan terluas (dimensi terbesar). Namun jika sampel berbentuk tidak simetris atau irregular, maka 4 arah yang terpanjang bisa dipotong hingga membentuk suatu  permukaan. Apabila ada perbedaan dari ukuran 25 mm x 25 mm x 152 mm, maka harus dibuat catatan dalam laporannya. Permukaan sampel yang berseberangan harus disusun secara paralel, sementara permukaan yang bersebelahan harus disusun secara tegak lurus. Untuk kualitas permukaan sampel, harus diperhatikan bahwa sampel tidak memiliki crack ataupun cacat lain yang dapat dilihat oleh mata telanjanng. Kemudian sampel perlu dihilangkan kandungan airnya dengan cara pemanasan hingga 105 oC atau 110oC. Pemanasan ini berhenti hingga berat sampel tidak mengalami perubahan, yang artinya sudah tidak ada lagi air yang terjebak. Untuk sampel yang memiliki kandungan carbon harus dibungkus dalam foil selama proses cycling penurunan/penaikan suhu. PROSEDUR PENGUJIAN

Prosedur pengujian untuk mengetahui ketahanan material refraktori terhadap thermal shock adalah sebagai berikut: 

Bahan kuliah pak bamsu: (DIN 51068-1)

Sampel dipanaskan kurang lebih 950 C selama 15 menit → keluarkan kemudian dinginkan dalam air mengalir selama 3 menit → panaskan hingga 110 C (30 menit) kemudian lanjutkan hingga 950 C (15 menit). *prosedur diatas merupakan satu siklus, siklus tetap berlanjut, berhenti ketika pecah menjadi dua bagian. Pengujian dihentikan jika sampel bertahan hingga 30 siklus. 

DIN EN 933-11 (air quenching method).

Sampel dipanaskan hingga temperature 950 C → quench pada media udara yang bert ekanan. 

ASTM C 1100 (ribbon test)

Sampel berupa plat dipanaskan pada satu sisi nya → quench pada media udara setelah sumber panas dimatikan. FUNGSI PENGUJIAN

Fungsi dari Pengujian Thermal Shock Resistance berdasarkan

ASTM C1171 “Standard

Test Method for Quantitatively Measuring the Effect of Thermal Shock and Thermal Cycling on Refractories adalah sebagai berikut, yaitu:

1. Pengujian ini dapat digunakan untuk mengindikasi kemampuan dari sebuah material refraktori untuk tahan terhadap tekanan yang disebabkan oleh perubahan temperature secara tiba-tiba. 2. Pengujian ini juga dapat digunakan untuk riset dan penelitian untuk membandingkan antar produk refraktori dari segi ketahanan Thermal Shock Resistance. 3. Pengujian ini dapat mengetahui modulus rupture (MOR) dan Sonic Velocity dari material refraktori. 4. Pengujian ini dapat dilakukan untuk menentukan hilangnya kekuatan dari refraktori material akibat thermal cycling. Berdasarkan pengujian dilakukan, hasil atau sifat yang dapat dinterpretasikan adalah sebagai  berikut

Angka-angka tersebut berasal dari perhitungan

PENGUJIAN KETAHANAN ABRASI UNTUK REFRAKTORI

Agis Rahma Faradila

(1306405654)

Faisal Aldy

(1306412842)

Raja Jovian Trisila

(1306405686)

Raka Nuralif Verdiyanto

(1306405641)

Rizki Hidayatullah

(1306410811)

Siti Nadira Anindya Putri (1306415882) Kelompok 7

Departemen Teknik Metalurgi dan Material Fakultas Teknik Universitas Indonesia

Introduksi Material refraktori terpapar pada kondisi lingkungan yang berbeda-beda pada aplikasinya. Banyak dari lingkungan tersebut yang dapat menyerang dan menyebabkan kerusakan pada material refraktori. Material refraktori dapat berada pada lingkungan dengan fasa lelehan, seperti lelehan logam atau terak ( slag ), kedua jenis lelehan tersebut dapat  bersifat sangat korosif. Oleh karena itu, sangat diperlukan proses karakterisasi ketahanan korosi dari material refraktori pada setiap lingkungan kerjan yang akan digunakan.

Peranan Slag Resistance Pada Refraktori Chemical properties pada refraktori didefinisikan dengan kimia analisis butir refktori dan ikatan yang terjadi antar butirnya dan juga kemampuan refraktori untuk tahan akan aktivitas liquid ketika diekspos pada temperartur yang tinggi. Sifat kimia refaktori paling utama dilihat dari komposisi kimia penyusunnya. Sistem ikatan pada refraktori memiliki peranan yang paling penting. Sebuah refraktori harus memiliki sifat ketahanan terhadap slag yang baik karena hal ini sangat penting terutama  berkaitan dengan umur pakai refraktori. Refraktori harus memiliki sifat inert sehingga menimimalisir terjadinya reaksi antara refraktori dengan molten ataupun slag. Ketika refraktori diekspos pada corrosive liquid   pada temperatur tinggi, kemungkinan terjadinya corrosion  atau erosion  tergantung pada butir refraktori dan sistem ikatan refraktori. Korosi refraktori disebabkan oleh mekanisme pelarutan pada saat bersentuhan dengan liquid. Hal ini  juga terjadi selama penetrasi uap atau liquid dalam poros. Dalam beberapa kasus, korosi dihasilkan dengan kombinasi dari beberapa faktor. Adanya perbedaan konsentrasi dalam komposisi refraktori pada daerah boundary  ketika refraktori bersentuhan dengan slag. Dan korosi pada refraktori akibat bersentuhan dengan slag menyebabkan umur pakai refraktori tidak tahan lama. Ketahanan slag pada refraktori sangat dibutuhkan karena selain slag dapat menyebabkan korosi, slag juga akan menyebabkan terjadinya slagging. Slagging merupakan  penyebab utama dari kerusakan refraktori. Bilamana slag yang terbentuk pada refraktori tetap  pada tempatnya, maka slag tidak akan menyebabkan kerusakan pada bahan refraktori. Tetapi kenyataannya slag tersebut tidak tetap pada tempatnya melainkan terlepas dan keluar membawa beberapa bagian dari bahan refraktori dan memperlihatkan suatu bagian  permukaan yang baru untuk serangan slag lebih lanjut. Hal ini disebabkan slag masuk ke dalam pori-pori refraktori sehingga slag akan berikatan dengan komponen penyusun kimia

refraktori dan mulai merusaknya. Bila slagging dan spalling telah merusakkan bagian dari refraktori, maka pencegahan yang dapat dilakukan adalah dengan membongkar bagian refraktori yang rusak dan menggantinya dengan bahan refraktori yang baru. Ketahanan terhadap slag juga sangat erat kaitannya dengan sifat porositas pada refraktori. Dibutuhkan nilai porositas yang tepat agar seimbang antara nilai konduktivitas panas refraktori dengan ketahanan terhadap slag. Untuk poros yang kecil ketahanan refraktorinya tinggi akan tetapi nilai konduktivitas panasnya rendah.

Gambar 1. Tahapan Awal terhadap Serangan Slag.

Penggunaan refraktori harus disesuaikan dengan suasana lingkungan kerja termasuk slag yang dihasilkan apakah slag tersebut bersifat asam atau basa dan kemudian barulah kita memilih refraktori yang cocok digunakan agar ketahanan terhadap slag meningkat dan umur  pakai slag lama sehingga cost yang dikeluarkan dalam pemeliharaan refraktori seminimal mungkin.

Aplikasi Sifat Slag Resistance dari Refraktori pada Industri Besi dan Baja Hampir 70% aplikasi dari refraktori digunakan pada industri besi dan baja. Refraktori ini dibutuhkan karena dalam industri besi dan baja sangat diperlukan material yang mampu menahan hingga temperatur leleh dari besi dan baja itu sendiri tanpa mengalami penurunan kekuatan ataupun perubahan bentuk. Selain itu juga material refraktori yang digunakan juga akan mengalami kontak dengan lelehan besi dan memungkinkan terjadinya reaksi kimia antara  slag  dari baja dengan material refraktori. Sehinggadalam aplikasinya, dibutuhkan sifat  slag resistance  pada material refraktori yang digunakan agar tidak mengalami reaksi kimia yang membuat material refraktori mengalami kerusakan.

Gambar. Terjadi korosi lokal pada permukaan refraktori yang kontak dengan slag  Korosi pada material refraktori ini dapat dikategorikan menjadi tiga jenis yaitu: -

Dissolusi atau difusi, dimana akibat proses kimia, material refraktori mengalami  pelarutan secara kontinu.

-

Penetrasi, dimana  slag   berpenetrasi masuk kedalam material refraktori dan mengakibatkan penurunan sifat mekanik.

-

Erosi, akibat proses abrasi dari penambahan gas dan pergerakan slag .

Terdapat perbedaan jenis refraktori antara proses pembuatan besi dengan proses pembuatan  baja. Pada proses pembuatan besi, lelehan logam dan slag biasanya bersif at netral atau sedikit asam, sedangkan pada proses pembuatan baja lelehan slag bersifat basa. Jenis refraktori yang digunakan pada pembuatan besi biasanya terbuat dari alumina dan silika, sedangkan pada  proses pembuatan baja yang biasa digunakan terbuat dari megnesia. Pada proses BOF (basic oxygen furnace), lelehan besi dari blast furnace  yang dicampur dengan scrap dilakukan pemurnian dari impurities seperti unsur C, S, P, dan Mn dengan cara mengalirkan oksigen ke lelehan besi. Disini sifat refraktori haruslah tahan terhadap lelehan  slag   yang bersifat basa pada temperatur tinggi sehingga lelehan  slag   tidak mengalami  penetrasi dan bereaksi. Sehingga diperlukan material refraktori yang bersifat basa seperti MgO-C yang memiliki ketahanan terhadap slag dengan sifat basa. Selain itu, refraktori dengan material MgO-C dengan kadar karbon sekitar 5  –   20 wt%  banyak digunakan pada industri pembuatan besi dan baja. Karbon disini berfungsi sebagai  pengisi porous-porous yang ada pada struktur MgO sehingga akan mencegah terjadinya  penetrasi slag  kedalam material refraktori. Untuk aplikasinya lainnya yang ada di dalam suatu plant  industri besi dan baja seperti pada: 

Blast furnace stoves



BOS vessels



Steel ladles to torpedo ladles



Electric arc furnaces

Aplikasi Slag Resistance pada Industri Peleburan Nikel Berdasarkan kemampuan dapat mempertahankan kekuatan dan bentuk pada temperatur tinggi, material refraktori umumnya digunakan sebagai dinding tanur listrik pada  peleburan nikel. Salah satu sifat penting material refraktori adalah  slag resistance. Slag resistance pada peleburan nikel merupakan salah satu faktor panas yang dihasilkan elektroda untuk melebur kalsin dan menaikkan temperatur kalsin dan matte.

Tabel 1. Desain Basis Keluaran Tanur Listrik

PT Vale Indonesia merupakan perusahaan pengolahan mineral yang berfokus pada  produk Nikel Matte. Slag resistance  pada mineral PT Vale Indonesia mengacu pada rasio silika magnesia (S/M). Tabel 1 menunjukkan desain basis keluaran tanur listrik PT Vale Indonesia dengan komposisi silika sebesar 40-46 % dan magnesia sebesar 20-23 % pada electric furnace slag . Rasio S/M maksimum yang diperbolehkan yakni sebesar 2,2 sesuai gambar 1. Semakin besar nilai S/M (semakin asam), maka  slag resistance akan semakin  besar sehingga panas yang dihasilkan juga akan semakin besar. Keadaan demikian akan merusak dinding tanur listrik yang terbuat dari magnesia yang bersifat basa. Jika nilai S/M kecil, panas yang dihasilkan akan sedikit pula sehingga akan menghambat terbentuknya  slag  dan proses pengeluarannya. Oleh sebab itu, dibutuhkan nilai S/M yang optimum agar proses  peleburan berjalan dengan maksimal.

Gambar 1. Rasio S/M terhadap Slag Liquidus Temperature

Standard Pengujian Slag Resistance pada Refractories Komite Refraktori, C8, dari American Society for Testing and Materials (ASTM) telah menetapkan dua standard pengujian yang berhubungan dengan slag, yaitu  Drip Slag Testing  (ASTM C-768) dan Rotary-Kiln Slag Testing  (ASTM C-874). Kedua pengujian ini dilakukan di lapangan, dengan keadaan yang sama dengan aplikasi. Hal ini dilakukan karena hasil  pengujian slag resistance di laboratorium dinilai tidak dapat menstimulasi keadaan operasi: ukuran dan geometri sampel yang berbeda, besarnya beban berbeda, gradien termal dan siklus termal berbeda, serta waktu yang berbeda.

Drip Slag Testing (C-768) Pengujian standard  Drip Slag Testing   memperlihatkan ketahanan relatif dari berbagai batu refraktori terhadap lelehan slag yang dialirkan secara kontinu ke spesimen di dalam furnace. Sampel dilekatkan pada dinding furnace dengan permukaannya menurun dengan sudut 3 o. Di  bagian bawah furnace dibuat untuk menopang spesimen dan tempat untuk sla g yang terpakai. Temperatur dan waktu pengujian dapat disesuaikan, namun umumnya digunakan waktu 5-8  jam dengan temperatur 300-800 oC. Slag resistance dapat dilihat dari banyaknya slag yang  berhasil berpenetrasi kedalam batu refraktori.[1]

Gambar 1. Drip Slag Testing [2]

Rotary-Kiln Slag Testing (ASTM C-874) Pengujian standard Rotary-Kiln Slag Testing  digunakan untuk mengevaluasi ketahanan relatif  batu refraktori terhadap erosi slag. Furnace yang digunakan merupakan short-kiln, cincin baja silindris yang ditempel pada roda pemutar, digerakan dengan motor yang kecepatan rotasi dan sudut tiltingnya dapat diatur, serta dipanaskan menggunakan gas- oxygen torch  yang dapat memanaskan sampai temperatur 1750 oC. Prinsip pengujian ini yaitu enam buah spesimen disejajarkan, lalu furnace dimiringkan sebesar 3o  dan dirotasi sebesar 2-3 rpm. Slag awal dimasukan ke dalam kiln, yang akan melapisi spesimen uji. Selanjutnya slag ditambahkan ke dalam kiln secara bertahap dengan interval yang konstan dengan kecepatan ~ 1 kg/jam setidaknya selama 5 jam. Pengujian ini umumnya dalam atmosfer yang oksidatif, namun keadaan netral juga dapat didapatkan dengan menggunakan api reduktif atau menambahkan bongkahan karbon ke campuran slag. Cara untuk menghitung erosi adalah dengan menghitung ketebalan refraktori sepanjang  permukaan yang terkena slag. Hasil yang didapatkan berupa % luas area yang tererosi dari area awal.

Gambar 2. Rotary-Kiln Slag Testing[1]

Cup Slag Test Pengujian slag statis, dimana slag tidak bergerak untuk tidak mempengaruhi hasil. Pengujian ini merupakan pengujian yang praktis. Biasanya dilakukan dengan melubangi ¼ ketebalan dari sampel dan mengisinya dengan slag, lalu diberikan pemanasan hingga temperatur tinggi selama beberapa jam, kemudian membelah dua sampel dalam sumbu longitudinal pada lubang. Setelah itu dianalisis zona reaksi. Dikarenakan pengujiannya merupakan isotermal dan jumlah slag yang diberikan kecil sehingga tidak terdapat konveksi arus menghasilkan pengujian yang statis. Banyak informasi yang didapat walaupun hanya dengan pengujian simpel ini: 

Apakah slag dapat membasahi sampel refraktori



Apakah slag dapat diserap menuju pori-pori lebih dari 1 sampel dibanding yang lain



Apakah semua cairan dapat diserap



Apakah shrinkage atau expansion terjadi pada saat reaksi



Apakah bloating atau tanda-tanda kehadiran evolusi gas terjadi



Apakah terjadi fasa baru (dengan XRD atau mikroskop optik)

Pada gambar cross section dari magnesia-chromite

slag

menginfiltrasi

lubang

dasar

telah dari

refraktori. Pengujian backscattered electron,

memperjelas

daerah

interface slag refraktori dan daerah refraktori yang sudah diinfiltrasi oleh slag

Daftar Pustaka 1. [1] Uhlig’s Corrosion Book 2 nd Ed. Corrosion Testing of Refractories and Ceramics. The Electrochemical Society, Inc. Pennington, New Jersey: 2000 2. [2] R. Crescent and M. Rigaud,  Advances in Refractories for the Metallurgical  Industries, Proceedings of the 26th Annual Conference of Metallurgists, CIM, Montreal, Canada, 1988, pp. 235-250. 3. Charles Schacht. 2014. “Refractories Handbook”. 4. Jansson, Sune. 2015. “A Study on Molten Steel/Slag/Refractory Reactions during Ladle Steel Refining”. Royal Institute of Technology:Stockholm. 5. Walker, Harbison. 2005 “Handbook of Refractory Practice”.

PENGUJIAN KETAHANAN ABRASI UNTUK REFRAKTORI

Lingga Pradinda S

(1306415895)

 Nabila Farah Thufalia

(1306415900)

Laksamana Zakiy Ramadhan

(1306436754)

Pierre Wolter Winowatan

(1306436786)

Dennis Edgard Jodi

(1306446023)

Aji Wibisono

(1306448230) Kelompok 8

Departemen Teknik Metalurgi dan Material Fakultas Teknik Universitas Indonesia

PENGUJIAN KETAHANAN ABRASI UNTUK REFRAKTORI

DEFINISI

Refraktori merupakan material tahan panas yang banyak digunakan dalam bidang industri yang berhubungan dengan pengolahan material, mineral, ataupun logam yang  berpotensi untuk mengabrasi material refraktori yang digunakan sebagai dindingnya, dimana industri-industri seperti bidang petrokimia, bidang  furnace, bidang pembangkit listrik dengan tenaga batu bara, dan beberapa bidang lainnya akan menghasilkan partikel-partikel kecil yang terlempar akibat tekanan tinggi akan menghantam dinding refraktori yang digunakan, sehingga berpotensi mengikis dinding yang digunakan tersebut. Oleh sebab itu, diperlukan adanya pengujian ketahanan abrasi untuk tiap-tiap jenis refraktori, sehingga dapat diketahui ketahanan abrasi dari material refraktori tersebut dan juga dapat diketahui penggunaan jenis yang tepat untuk tiap-tiap aplikasinya.

TUJUAN PENGUJIAN

Pengujian abrasi untuk refraktori ini dilakukan dengan tujuan antara lain sebagai  berikut. 1.

Mengetahui ketahanan abrasi untuk berbagai jenis refraktori dalam kondisi standar  pada temperatur ruang.

2.

Mengetahui bidang aplikasi yang tepat untuk penggunaan tiap-tiap material refraktori yang telah diuji tersebut.

STANDAR

Pengujian abrasi refraktori dilakukan dengan mengacu pada standar ASTM C704 dan standar EN ISO 16282, dimana untuk standar ASTM C704 sendiri pertama kali diterapkan  pada tahun 1972, sedangkan standar EN ISO 16282 merupakan turunan dan penyempurnaan dari standar ASTM C704-01 dan dibuat pada tahun 2008. Untuk pengujian dengan menggunakan standar ASTM C704, secara ringkas, cara yang dilakukan adalah dengan menyemprotkan partiket SiC (silikon karbida) dalam jumlah 1000 gram melalui nozzle dengan menggunakan udara bertekanan tertentu, dimana partikel SiC ini nantinya akan menumbuk permukaan material refraktori yang diuji tersebut yang akan mengabrasi permukaannya. Serpihan-serpihan abrasi dari material refraktori yang diuji tersebut selanjutnya akan ditimbang dan dihitung dengan menggunakan cara-cara yang akan dijelaskan pada bagian prosedur pengujian.

Secara standar, ASTM C-704 ini berkaitan dengan standar-standar ASTM lainnya yang digunakan sebagai parameter-parameter dalam pengujian, baik itu parameter  percobaannya ataupun parameter peralatan dan bahan uji yang digunakan. Standar-standar ASTM yang berkaitan dengan ASTM C-704 ini diantaranya adalah ASTM A681, C134, C179, C861, C862,C865, C1036, C1054, dan D4285.

PERALATAN dan MATERIAL YANG DIGUNAKAN DALAM PENGUJIAN

Peralatan yang digunakan dalam pengujian ASTM C-704 ini diantaranya adalah sebagai berikut. 1.

 Blast gun Untuk pengujian ASTM C-704 ini, blast gun yang digunakan harus termasuk dalam jenis  Leitch Carco Gun Model LCCG, dimana jenis model blast gun lain dikhawatirkan dapat mempengaruhi hasil  pengujian yang ada.

Gambar 1. Blast gun 2.

 Nozzle  Nozzle yang digunakan terbuat dari material  flint-glass dengan dimensi  panjang 115 mm, diameter luar 7 ± 0.12 mm, serta dengan ketebalan dinding 1.1 ± 0.03 mm.

3.

Venturi Merupakan sebuah air generator   yang ada pada nozzle. Yang perlu diperhatikan adalah untuk melakukan pengecekan inside diameter venturi secara  berkala untuk keausannya.

4.

Peralatan untuk suplai udara Peralatan yang digunakan untuk menyuplai udara harus memenuhi standar D4285, dimana peralatan ini harus dipastikan agar bisa menyuplai udara dengan tekanan tertentu secara konsitan

5.

Indikator tekanan suplai udara Persyaratan mengenai indikator tekanan suplai udara yang diperlukan harus sesuai dengan standar ASME B40.1000 dengan tingkat akurasi 3A ± 0.25% dari  span yang ada.

6.

Media Pengabrasi Media pengabrasi yang digunakan adalah SiC (silikon karbida) dalam kondisi  baru dengan bentuk butir angular dan jagged-edge berukuran 36.

7.

Peralatan untuk mekanisme feeding Corong untuk mekanisme  feeding harus memiliki laju aliran sebesar 450 ± 15 sekon dengan massa media yang harus disalurkan adalah 1000 gram, dan material yang bisa digunakan diantaranya adalah logam, kaca, ataupun plastik.

8.

Test chamber 

9.

Indikator vakum Indikator vakum yang digunakan harus sesuai dengan standar ASME B40.100 dengan tingkat akurasi 3A ± 0.25% dari  span yang ada, dengan diameter minimum yang direkomendasikan adalah 114 mm.

10.

Timbangan Timbangan yang digunakan harus memiliki akurasi setidaknya sampai dengan ±0.1 gram dengan kapasitas penimbangan 2000 sampai 3000 gram.

Sedangkan untuk persyaratan material uji yang digunakan dalam pengujian ASTM C-704 ini, yang harus diperhatikan adalah ukuran dimensinya dengan standar 100x100x25 mm atau 114x65x76 mm untuk spesimen dari refractory brick atau monolithic refractory material , serta 100x100 mm atau 114x114 mm untuk castable refractory. Kedua jenis spesimen ini harus dipanaskan terlebih dahulu untuk memastikan tidak ada uap air atau zat-zat sisa yang masih terkandung di dalamnya.

Gambar 2 dan 3. Abrasion tester

PROSEDUR PENGUJIAN

Prosedur untuk melakukan pengujian ASTM C-704 ini dijabarkan sebagai berikut. 1.

Mengeringkan spesimen terlebih dahulu pada temperatur 105-110 0C dengan tujuan untuk menjaga kekonstanan massanya.

2.

Menimbang massa dan volume spesimen, dimana untuk massa, melakukan  pembulatan menuju 0.1 gram terdekat, sedangkan untuk volume, melakukan  pembulatan menuju 0.5 mm terdekat sesuai dengan standar metode tes ASTM C-134.

3.

Meletakkan bagian depan spesimen uji dengan sudut 90 0  terhadap nozzle yang digunakan, dengan jarak antara spesimen dengan ujung nozzle sejauh 203 mm.

4.

Menyalakan peralatan suplai udara dan menjaga tekanan agar stabil pada 448 kPa (65  psi).

5.

Mengukur tekanan pada kabinet dengan menggunakan manometer dan menjaga tekanan pada chamber pada 31.8 mm air dengan menggunakan katup butterfly.

6.

Membuka blast gun funnel yang digunakan dan mengecek (dengan menggunakan indikator vakum) agar kondisi vakum sebesar 380 mm dapat terpenuhi.

7.

Meletakkan media pengabrasi (SiC) sebesar 1000 ± 5 gram. Mengatur mekanisme  peralatan feed agar menjaga suplai di kisaran 450 ± 15 sekon.

8.

Media pengabrasi SiC hanya boleh digunakan sekali, dikarenakan dikhawatirkan  penggunaan yang lebih dari satu kali akan mengubah bentuk partikel mmenjadi tidak sesuai dengan standar yang ada.

9.

Mengeluarkan spesimen uji dari test chamber , dan selanjutnya melakukan  penimbangan dari spesimen uji tersebut dengan pendekatan ke arah desimal 0.1 gram terdekat. Penimbangan sebaiknya dilakukan dengan segera untuk menghindari adanya uap air yang berikatan dengan spesimen uji yang digunakan yang akan mempengaruhi hasil akhir yang didapatkan. Apabila penimbangan dilakukan dalam je da waktu cukup lama setelah proses pengujian selesai dilakukan, perlu adanya pemanasan kembali  pada temperatur 105-110 0C untuk menghilangkan adanya kemungkinan uap air yang terperangkap tersebut.

Setelah semua proses selesai dilakukan, penghitungan besarnya abrasi yang terjadi pada spesimen uji dilakukan dengan menggunakan rumus berikut i ni.

A

: abrasi yang terjadi (cm3)

M1

: massa sebelum pengujian (gram)

M2

: massa setelah pengujian (gram)

M

: massa yang hilang dari spesimen (gram)

B

: bulk density (g/cm3) Selain hasil penghitungan diatas, umumnya hal yang perlu disertakan juga dalam

laporan hasil pengujian ASTM C-704 ini adalah waktu yang diperlukan untuk melakukan  pengujian serta bagian permukaan mana yang terabrasi. Untuk bagian poin terakhir,  pengujian menjadi tidak valid apabila spesimen menunjukkan adanya lubang yang terkonsentrasi pada satu titik tertentu (bisa disebabkan akibat penyemprotan partikel yang tidak merata).

CATATAN PENGUJIAN

Hasil yang didapatkan dari pengujian ASTM C-704 ini tidak dapat serta merta menggambarkan situasi yang sama persis dengan situasi dengan kondisi penggunaan aktualnya di lapangan. Hal ini disebabkan karena dalam proses pengujian ini, terdapat  beberapa variabel yang dapat memengaruhi hasil pengujian yang didapatkan, diantaranya adalah sebagai berikut. 1.

Diameter internal tabung nozzle Adanya deviasi dari ketebalan dinding tabung nozzle  berpotensi untuk mengakibatkan adanya perbedaan diameter internal pada peralatan yang digunakan, dimana perbedaan diameter internal akan berpengaruh terhadap laju partikel/material  pengabrasi yang digunakan.

2.

Tekanan udara Tekanan udara selama proses bergantung juga pada variasi  glass plate yang digunakan, dan tekanan harus dijaga semaksimal mungkin agar berada pada angka konstan di kisaran 448 kPa.

3.

Temperatur pengujian serta bentuk dan ukuran partikel yang bertumbukan Pengujian yang dilakukan pada ASTM C-704 dilakukan pada kondisi temperatur ruang, sedangkan dalam aplikasinya, material refraktori digunakan pada temperatur yang sangat tinggi. Selain itu, bentuk dan ukuran partikel yang menumbuk dinding / permukaan refraktori juga bervariasi, tidak homogen seperti material  penumbuk yang digunakan saat pengujian, sehingga akan berpengaruh terhadap abrasi yang terjadi pada material refraktori.

Untuk material refraktori yang bersifat highly abrasion, biasanya yang dipesan dengan spesifikasi tertentu, memiliki perbedaan ketentuan dalam pengujiannya. Alat-alat yang dipakai dalam pengujian ini adalah: 1.

 Blast gun Menggunakan material berbahan AISI Grade A-2 untuk mesinnya.

2.

Indikator tekanan suplai udara Menggunakan dua buah indikator tekanan yang salah satunya digunakan sebagai alat verifikasi nilai yang tertera pada indikator tekanan adalah tepat. Jika nilai antara kedua indikator berbeda 6.9 kPa (1 psi), kalibrasi ulang kedua indikator tersebut. Jika perlu, lakukan perbaikan dan menggantinya dengan yang baru.

3.

Peralatan untuk mekanisme feeding  Persyaratannya sama dengan corong pada pengujian standar, hanya saja pada  pengujian ini menggunakan dua corong yang disusun seri untuk menyuplai media  pengabrasi ke dalam gun.

4.

Test chamber  Menggunakan mounting hole  berukuran 20 mm. Perlu diperhatikan bahwa  posisi gun dan spesimen harus tegak lurus.

5.

Indikator vakum Menggunakan dua buah indikator vakum yang salah satunya digunakan sebagai alat verifikasi nilai yang tertera pada indikator tekanan adalah tepat. Jika nilai antara kedua indikator berbeda 6.9 kPa (1 psi), kalibrasi ulang kedua indikator tersebut. Jika perlu, lakukan perbaikan dan menggantinya dengan yang baru.

Gambar 4. Abrasion tester  yang dimodifikasi KALIBRASI

Sebaiknya kalibrasi abrasion tester  dilakukan jika: 1.

Seminggu setelah dipakai

2.

Setelah dilakukan penggantian gun, venturi, atau indikator

3.

Menggunakan SiC baru atau tabung gelas yang baru

4.

Saat dirasa hasil yang ada tidak sesuai

Prosedur untuk mengkalibrasi abrasion tester  adalah sebagai berikut: 1.

Menggunakan spesimen 114x114x12.7 mm pelat  float glass  dengan densitas antara 2.48-2.51 gram/cm 3.

2.

Memeriksa semua bagian dari abrasion tester . Jika ada bagian alat yang terlihat sudah aus, mengganti bagian tersebut dengan yang baru.

3.

Menimbang pelat gelas mencapai 0.1 gram.

4.

Meletakkan spesimen pada abrasion tester . Membuat jarak antara nozzle dengan  permukaan pelat gelas sebesar 203 mm (8 inch).

5.

Memulai abrasion tester   sesuai dengan melakukan langkah 2-7 dalam “Prosedur Pengujian” dengan modifikasi: a) Langkah 4: mengatur tekanan udara sesuai dengan hasil kalibrasi sebelumnya

 b) Langkah 6: memasang feed line media pengabrasi dengan menutup corong bawah. Kondisi vakum harus terpenuhi pada 380 mm. Jika belum terpenuhi, memperbaiki  posisi nozzle, mengecek kondisi venturi, kondisi feed line media pengabrasi, atau kondisi blast gun. Jika ada yang rusak, menggantinya dengan yang baru. 6.

Menimbang lagi pelat gelas mencapai 0.1 gram.

7.

Menghitung berat hilang, A G, mencapai 0.1 cm 3 dengan rumus:

Dimana:

8.

2.49

: bulk density dari pelat gelas

MG1

: berat pelat gelas sebelum diuji (gram)

MG2

: berat pelat gelas setelah diuji (gram)

MG

: berat hilang dari pelat gelas (gram)

Berat hilang yang diharapkan adalah sebesar 9.3 ± 0.3 cm 3. Kemudian, mengamati  permukaan yang terabrasi. Permukaan tersebut haruslah seragam dan simetris. Jika tidak, membuktikan bahwa abrasion tester  tidak disiapkan dengan benar.

9.

Memperbaiki bagian-bagian yang masih belum benar pada abrasion tester kemudian memulai kembali prosedur kalibrasi dengan spesimen baru.

10.

Jika masih belum memenuhi standar, mengulangi prosedur tersebut hingga didapatkan  berat hilang sebesar 9.3 ± 0.3 cm3.

11.

Mencatat semua hasil kalibrasi, tanggal kalibrasi dilakukan, serta hal-hal yang terjadi selama kalibrasi dilakukan ke dalam logbook .

ISO/TC 33 N 891 annex

TUJUAN PNGUJIAN

Untuk mengetahui standar metode pengujian spesifikasi dari ketahanan abrasi material refraktori pada temperatur tinggi untuk refraktori yang sudah dibentuk dan yang  belum dibentuk pada temperatur pengujian 1400 0c

STANDAR

Sampel dengan dimensi yang telah dispesifikasi, diletakan ke dalam chamber  pada temperatur tinggi. Permukaan sampel harus tegak lurus dengan  sand blast tube. Temperatur dinaikkan ke temperatur pengujian dengan keceparan (5~10) 0c dengan waktu tahan 30 min. Setelah dipanaskan, sampel ditembak dengan blast gun dengan massa tertentu dalam udara yang compressed   dengan waktu terteuntu, setelah itu berat sampel akibat abrasi akan ditimbang.

PERALATAN YANG DIGUNAKAN

1.

Pengukur abrasi pada suhu tinggi Pengukur abrasi digunakan untuk mengukur ketahanan abrasi dari potongan uji tahan

api di suhu tinggi. 1.1

 Blast Gun  Blast Gun ini adalah alat khusus yang digunakan dalam metode pengujian ini.

1.1.1

Tabung Venturi Diameter dalam dari nosel inlet udara 2.84 mm ~ 2,92 mm, dan 2,36 mm ~ 2,44 mm

untuk saluran keluar diameter dalam. Nosel udara dilindungi dari abrasi dengan sepotong tabung vinyl dengan panjang 9,2 mm, 6.5 mm diameter dan 0,3 mm ketebalan dinding. Tabung vinyl harus diganti setelah dipakai setiap tes. Ketika diameter dalam tabung venturi melebihi 10 mm, itu harus diganti. 1.1.2

Sand Blast Tube Sand Blast Tube terbuat dari keramik 230 mm dan 5 mm diameter. Alat ini ditahan

oleh tabung baja dengan panjang 70 mm. Salah satu ujung tabung baja harus menyala dan tetap disegel dengan memegang Sand Blast Gun tegak lurus dengan potongan sampel.

1.2

Test Furnace Kemampuan Test Furnace  harus sesuai dengan persyaratan yang ditentukan dalam

clause 7.3 dan 7.4 dan mampu memanaskan hingga 1400 ℃. Perbedaan suhu di dalam tungku tidak boleh lebih besar dari ± 10 ℃. Selama periode pengujian, penurunan suhu permukaan uji tidak dianjurkan melebihi 20 ℃. Variasi suhu dari potongan uji harus diukur dengan termokopel diposisikan dalam lubang dari samping ke arah pusat benda uji. 1.2.1  Pressure Chamber  Pressure Chamber harus terhubung dengan ruang uji. Hal ini untuk mengatur tekanan di dalam ruang uji. 1.2.2  Exhaust Port  Sebuah kolektor debu digunakan pada  Exhaust Port  untuk memurnikan udara. Sebuah katup terpasang pada port untuk mengatur tekanan di dalam ruang tekanan. 1.2.3

Tabung Pelindung Tabung pelindung berdimensi 150 mm, 27 mm diameter luar dan 16 mm di dalam

diameter dimana tabung terbuat dari material yang mampu menanggung suhu 1400 ℃. Tabung pelindung memasuki uji tungku perapian melalui lapisan tungku. 1.2.4

Cincin Perisai (menstabilkan tekanan) Alat ini digunakan untuk memisahkan ruang tekanan dan ruang uji untuk menjaga

tekanan. Tabung pelindung tertanam pada cincin perisai. 1.2.5

Elemen Pemanas

1.2.6   Heating Guard Plates Digunakan untuk melindungi elemen pemanas dari ledakan abrasif. 1.2.7  Test Piece Pedestal Test Piece Pedestal   diposisikan pada alas. Jarak dari tabung pelindung dan dapat diatur dengan pengoperasian alas ke atas dan ke bawah. 1.2.8

Alat pengukur tekanan Dua alat pengukur tekanan yang digunakan, satu adalah untuk mengukur tekanan di

dalam ruang tekanan, dan yang lain adalah untuk mengukur tekanan di dalam ruang uji selama pengujian. 1.3

Compressed Air Supply

1.3.1

Kompresor Udara Tekanan pengiriman ≥0.7 MPa, dan laju aliran udara adalah ≥10 L / min.

1.3.2

Pengukur Tekanan

Pengukur tekanan dengan akurasi 0,4 dan kapasitas 0 ~ 0,6 MPa, diatur sedekat mungkin dengan Blast Gun. 1.3.3

Udara Tekan Udara harus bersih dan kering.

1.4

Abrasif 1000 g ± 5 g pasir alumina putih atau pasir silikon karbida (digunakan di bawah 1000

℃) dapat menjadi abrasif dengan distribusi ukuran partikel yang berbeda.

1.5

 Abrasive Feeding System Corong pengisian harus memiliki lubang yang sesuai dimana mampu memberikan

1.000 g ± 5 g abrasif ke dalam corong pengiriman dalam 900 s ± 10 s. Keberadaan sela antara mulut dan corong pengiriman memungkinkan udara untuk masuk ke dalam  Blast Gun dengan abrasif. 1.5.1

Vakum Pengukur Dengan akurasi 2,5, vakum ini digunakan untuk menentukan derajat vakum dari

 Feeding System abrasif. 1.5.2

Balance Alat ini memiliki kapasitas 2000 g, sangat akurat untuk 0,1 g.

Pengukur abrasi pada temperatur tinggi 1. Charging funnel

16. Heating guard plate

2. Vacuum gauge

17. Heating element

3. Delivery funnel 4. Precise pressure gauge 5. Blast gun 6. Pressure gauge for measuring the  pressure

inside

the

pressure

chamber 7. Pressure chamber 8. Exhaust port 9. Test chamber 10. Test piece 11. Test piece pedestal 12. Test furnace 13. Shielding ring 14. Protective tube 15. Pressure gauge for measuring the  pressure inside the test chamber

Skema dari blast gun 1. Compressed air supply tube 2. Precise pressure gauge 3. High pressure chamber 4. Venturi tube 5. Sand supply tube 6. Sand blast tube

PROSEDUR PENGUJIAN

1. Keringkan sampel uji pada 105 ℃ ~ 110 ℃ sampai berat konstan. Catatan: Berat Konstan mengacu pada saat tes sepotong kering dengan perbedaan massa antara dua penimbangan terakhir adalah kurang dari 0,1%. 2. Timbang potongan uji dengan 0.1g terdekat. Tentukan volume mereka dengan mengukur panjang mereka, lebar, dan ketebalan ke terdekat 0,5 mm sebanyak empat kali. 3. Letakkan salah satu potongan uji di chamber   dengan bentuk persegi (114 mm x 114 mm atau 100 mm × 100 mm) tegak lurus (pada sudut 90 °) ke tabung pelindung pada

 jarak 120 mm dari itu. Untuk tes dari refraktori yang belum dibentuk, permukaan uji harus menghadap dengan bagian bawah dari cetakan, karena memiliki hasil yang akurat 4. Tutup pintu tungku, nyalakan katup air pendingin, nyalakan tungku, tingkatkan suhu dari suhu lingkungan 1000 ℃  pada tingkat (5 ~ 8) ℃  / menit, dan dari 1000 ℃ ke suhu uji pada tingkat (3 ~ 5) ℃ / menit, tahan selama 30 menit pada suhu pengujian. 5. Hidupkan kompresor udara dan sesuaikan tekanan pada 450 kPa. 6. Periksa tekanan udara sebelum dan setelah abrasi berjalan ukur tekanan di dalam ruang tekanan dengan U-jenis manometer dan jaga tekanan pada 300 Pa dengan mengatur katup exhaust port, sementara untuk tekanan di dalam chamber adalah 16 kPa. 7. Setelah kompresi udara masuk ke dalam  gun, periksa tingkat vakum dalam tabung venturi dengan pengukur vakum. Jika pengukur vakum tidak menunjukkan tekanan minimal 0,05 MPa, periksa posisi  sand blast tube  atau kondisi kompresor udara. Setelah mendapat tekanan vakum, hubungkan kembali saluran abrasif dan cek ulang tekanan ruang tes sebelum menempatkan 1000 g ± 5 g abrasif kering di corong  pengisian perlahan. Hubungkan saluran untuk blast gun. Ini akan memberikan efek abrasif dalam waktu tertentu dari 900 s ± 10 s. 8. Matikan tungku ketika tes selesai. Tutup air pendingin 5 jam setelah tes. Biarkan sampel uji untuk didinginkan secara alami. Buka pintu tungku dan bersihkan tungku. 9. Abrasive digunakan hanya sekali dan setelah itu harus dibuang 10. Keluarkan sampel uji dari ruang tes, bersihkan debu, dan timbang ke 0.1g terdekat.

PERHITUNGAN

Setelah semua proses selesai dilakukan, penghitungan besarnya abrasi yang terjadi  pada spesimen uji dilakukan dengan menggunakan rumus berikut ini.

A

: abrasi yang terjadi (cm3)

M1

: massa sebelum pengujian (gram)

M2

: massa setelah pengujian (gram)

M

: massa yang hilang dari spesimen (gram)

B

: bulk density (g/cm3)

Ekspansi Termal dan Perubahan Volume (Thermal E xpansion and Volume Changes)

Ahmad Angga Utama

1306448445

Burhan Ramadhan

1306448243

Inez Togina Yuniaty

1306448451

Mukhamad Fiqih Fadzli

1306448436

Nuradityatama

1306448400

Theodora Pradnya

1306448306

Kelompok 9

Departemen Teknik Metalurgi dan Material Fakultas Teknik Universitas Indonesia

Ekspansi Termal dan Perubahan Volume (Thermal E xpansion and Volume Changes)

Definisi

Sifat ini berupa kecenderungan material untuk berubah dimensi (baik panjang, luas, sehingga mempengaruhi volume) sebagai respon material terhadap perubahan temperatur.

Refraktori adalah material yang bekerja pada temperatur yang tinggi, sehingga sifat yang dibutuhkan adalah koefisien termal yang kecil. Saat material memiliki koefisien termal yang kecil maka peruahan volumenya cenderung kecil (tidak terlalu signifikan) sehingga tidak mengganggu struktur yang ada dan menyebabkan crack .

Ilustrasi perubahan dimensi akibat perubahan temperatur

Standar Pengujian dan Prosedur Ekpansi Termal

Referensi Pengujian 1. ASTM C 134 C 134 Test Methods for Size, Dimensional Measurements, and Bulk Density of Refractory Brick and Insulating Firebrick2 2. ASTM C 179 Test Method for Drying and Firing Linear Change of Refractory Plastic and Ramming Mix Specimens 3. ASTM C 210 Test Method for Reheat Change of Insulating Firebrick

4. ASTM C 436 Method of Test for Reheat Change of Carbon Refractory Brick and Shapes 5. ASTM C 605 Test Method for Reheat Change of Fireclay Nozzles and Sleeves 6. ASTM E 230 Temperature-Electromotive Force (EMF) Tables for Standardized Thermocouples

Peralatan 

Kiln Didesain khusus sehingga heating schedule  dan keadaan atmosfer tertentu dapat dipertahankan pada zona pemanasan



Alat ukur linier Alat ukur linier dengan tingkat ketelitian hingga 0.5 mm pada span 254 mm. Jangka sorong atau dial gage device dapat digunakan.



Gas sampling  dan peralatan analisis Berfungsi menentukan presentasi oksigen bebas dan oksigen yang terbakar pada atmosfer dalam bilik pemanas

Spesimen Pengujian 

Jika bulk   material cukup dibuat 3 spesimen dengan bentuk balok berdimensi 228 x 114 x 64/75 mm.



Jika Untuk spesimen yang lebih kecil dan susah dibentuk, digunakan spesimen dengan bentuk yang paling mendekati balok



Specimen dapat berupa material refraktori atau potongan dari material refraktori yang lebih besar



Penandaan dilakukan dengan cat khusus keramik atau krayon, kemudian dilakukan  pengukuran dan penandaan setiap ujung specimen. Tanda tersebut akan menjadi titik referensi dalam pengukuran thermal expansion

Prosedur Pengujian 

Menaruh spesimen didalam kiln dalam posisi saling bersandar. Lalu, gunakan balok  penopang dari material

yang sama dengan spesimen atau yang memiliki

refractoriness yang hampir sama. Lalu diantara spesimen dengan balok penopang diletakkan sebuah lapisan material yang juga refraktori dan sesuai dengan keadaan saat pengujian yang tidak reaktif dan dapat terlewati oleh ASTM No. 16 (1.18-mm ekuivalen dengan 14-mesh Tyler Standard Series) dan mempertahankan ASTM No. 40 (425-μm ekuivalen dengan 35-mesh Tyler Standard Series). Selanjutnya jarak antar spesimen diatur agar tidak kurang dari 38 mm. 

Ukur temperatur didalam kiln dengan thermocouple yang telah terkalibrasi. Gunakan tabel 1 dan 2 untuk referensi toleransi dan batas atas temperatur dari thermocouple. Pada temperatur yang lebih tinggi, lebih disarankan untuk memakai calibrated optical atau radiation pyrometer. Interval pembacaan temperatur diusahakan tidak lebih dari 15 menit. Pembacaan temperatur dilakukan dengan rutin untuk memastikan perbedaan temperatur tidak lebih dari 14 0 C.



Pada temperatur diatas 14700  F (800 0  C) maka atmosfer dari furnace harus mengandung minimal 0.5% oksigen dan 0% combustibles. Sampel gas yang akan dianalisa dapat diambil dari furnace chamber proper.



Operasikan kiln dan mengatur heating schedule yang sesuai dengan kelas refraktori yang akan diuji sesuai dengan tabel 1. Pembakaran pun harus diatur sehingga temperatur hanya akan berbeda sekitar 3 0 C dari yang telah ditentukan. Setelah selesai, dinginkan sampel hingga dibawah 425 0 C sebelum dipindahkan.



Mengukur kembali ukuran spesimen pada temperatur ruang dan apabila dibutuhkan dapat menggunakan kertas amplas untuk menghilangkan blister kecil.

Perhitungan dan Report 

Menghitung persentase perubahan linear berdasar pada panjang dari spesimen. Lalu laporkan hasil yang ada pada temperatur reheat yang berbeda.

Presisi dan Bias 

Interlaboratory test data 1. Pengujian menggunakan 4 tipe balok, masing-masing terdiri dari 3 sampel, dan total ada 7 set di setiap laboratorium 2. Heating schedule, brick type, dan average determination and precisions ada di Tabel 2



Precision  –   hasil pengujian yang terdiri dari 3 sampel harusnya berbeda secara signifikan dengan nilai kepercayaan 95%.



Bias –  dalam pengujian ini tidak ada resiko bias yang terjadi

Standar Pengujian dan Prosedur Perubahan Volume Cakupan

-

Metode ini digunakan untuk menghitung luas, volume, dan perubahan linear dari sebuah spesimen refraktori tak beraturan

-

Luas dari spesimen yang tidak beraturan ( baik secara konvensional dan bentuk) dibutuhkan untuk menetapkan creep dari suatu produk refraktori.

-

Perubahan linier dan perubahan volume atau bentuk refraktori yang tidak beraturan dibutuhkan untuk menetapkan suatu perubahan panas.

Referensi Pengujian 1. ASTM C20 metode pengujian untuk porositas, water absorption, spesific gravity, dan bulk density dari batuan refraktori yang dibakar dan bentuk pada air mendidih. 2. ASTM C830 metode pengujian untuk porositas, liquid absorption,  specific gravity, dan bulk density dari bentuk refraktori pada tekanan vacuum. Aplikasi 1.

 Fireclay steel-teeming nozzles  dan  sleeves  diklasifikasikan berdasarkan perubahan volumepemanasan. “pembengkakan” beberapa refraktori menghasilkan dimensi  pemanasan yang tidak beraturan, yang mana akan menyulitkan untuk diukur. Bagian ini menetapkan volume tanpa bergantung terhadap pengukuran  physical linear.

2.  Blast furnace checkers yang memiliki bagian yang tidak beraturan diklasifikasinya kedalam “properti creep”. Bagian ini menetapkan rata-rata dari luas bagian tanpa memerlukan luas pengukuran. Prosedur Pengujian 1. Spesimen yang ingin dilakukan pengujian harus memiliki volume yang sesuai standar  prosedur pada metode tes bagian C20 atau C830 2. Setelah ukuran volume sudah sesuai standar,spesimen dikeringkan sampai berat konstan 3. Timbang spesimen sampai sangat mendekati 0.1 gram dan tandai sebagai W. 4. Jika spesimen memiliki bagian muka yang paralel (seperti permukaan tanah untuk menetapkan data beban mulur) maka ukur panjang terdekat sebesar 0.02 in (0.5 mm) dan tandai sebagai L. Perhitungan 

Perhitungan area untuk Specimen hasil Creep



Perhitungan Perubahan Volume untuk Re-heat specimen