Tungku induksi

Tungku induksi Dari Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas

Sebuah tungku induksi atau induksi atau tanur induksi adalah induksi adalah tungku listrik di mana panas diterapkan dengan pemanasan induksi logam. Keuntungan dari tungku induksi adalah, proses peleburan hemat energi dan baik-dikendalikan bersih dibandingkan dengan kebanyakan cara lain peleburan logam. Daftar isi [sembunyikan sembunyikan]]  

     

1Deskripsi 2Pendahuluan 2.1Prinsip proses peleburan dengan tanur induksi o 2.2Pemuatan bahan peleburan o 2.3Rangkuman o 3Prinsip Dasar Pemanasan Dengan Induksi 4Efisiensi Peleburan Dengan Tanur Induksi 5Langkah Operasi Peleburan Tanur Induksi 6Pengetapan Dan Penuangan Baja. (Tapping and Pouring the Steel) 7Lihat pula 8Referensi

Deskripsi[sunting | sunting sumber ]

1 - Melt 2 - water-cooled coil 3 - yokes 4 - crucible

Secara umum tanur induksi digolongkan sebagai tanur peleburan (melting furnace) dengan frekuensi kerja jala-jala (50 Hz) sampai frekuensi tinggi (10000 Hz) dan tanur penahan panas (holding furnace) yang bekerja pada frekuensi jala-jala. Prinsip kerja induction furnace hampir sama dengan kerja transformator, dimana ada lilitan litsrik berfrekuensi tinggi, maka akan didapatkan/timbul arus induksi dalam lilitan sekunder yang terdiri dari crucible dan isian logam cair.

Nilai frekwensi dalam sebuah tungku induksi nilainya bisa mencapai 2000Hz, dan tegangan DC nya pun bisa diatur mengikut hingga mencapai 800VDC. Dalam hal pengaturan nilai-nilai listriknya (frekwensi dan tegangan), sebuah tungku induksi menggunakan komponen utama yang dinamakan "THYRISTOR" dalam panel sumber tenaga listriknya. Untuk menghindari lonjakkan tegangan dan arus secara mendadak yang disebabkan oleh sebuah beban (besi yang masuk secara tiba-tiba atau besi yang semakin banyak volumenya) dalam sebuah tungku induksi yang bisa menyebabkan rusaknya trafo sumber tenaga listriknya, maka di pasanglah beberapa kapasitor DC yang dipasang secara seri dan paralel. Dalam penggunaan sumber arus dan tegangan listrik DCnya, Tungku Induksi ini melingkari bejana pemasak (berbentuk seperti sebuah semen coran sumur timba yang terbuat dari pasir cetakan khusus) dengan menggunakan pipa tembaga sebagai bahan penghantarnya. Dan pipa tembaga ini selalu di aliri oleh air termasuk kabel dan komponen peralatan pada panel sumber listriknya yang berfungsi untuk meredam panas yang akan ditimbulkan selama proses peleburan berjalan. Ketika Sebuah beban masuk dalam bejana pemasak yang di aliri oleh tegangan DC dan nilai Frekwensi yang telah diatur besarannya, maka nilai arus yang mengalir akan mengikuti besarannya sesuai dengan nilai beban yang masuk. Nilai frekwensi yang tinggi akan dapat menyebabkan sebuah beban dalam bejana pemasak tersebut melepaskan panasnya, sehingga panas yang ditimbulkan oleh beban tersebut justru dapat melelehkan beban itu sendiri. Karena panas yang dialami oleh beban akan semakin tinggi, hingga mencapai nilai titik leburnya.  Arus induksi induksi (arus Eddy) Eddy) memanaskan memanaskan dan mencairkan mencairkan bahan bahan isian. isian. Pemilihan Pemilihan frekuensi frekuensi kerja tanur tanur peleburan sangat erat hubungannya dengan material yang dilebur maupun kapasitas peleburan, mengingat frekuensi kerja tersebut akan mengakibatkan terjadinya gejolak cairan (stirring) selama proses peleburan dengan tinggi puncak yang berbeda-beda. Sedangkan semakin tinggi frekuensi kerja maka akan naik pula kapasitas peleburan. Dengan demikian kompromi antara kebutuhan kapasitas dengan akibat yang akan ditimbulkan oleh gejolak cairan terhadap material perlu dilakukan. Tanur penahan panas berfungsi sebagai tempat penyimpanan cairan, sehingga memerlukan daya yang relative kecil namun memiliki kapasitas yang sangat besar. Proses peleburan dengan menggunakan tanur jenis ini dapat dilakukan, namun harus selalu diawali dengan bahan cair dan pemasukan bahan padat yang dihitung sedemikian rupa agar tidak terjadi pembekuan di dalam tanur.

Pendahuluan[sunting | sunting sumber ] Penggunaan tanur induksi di industri pengecoran logam dewasa ini telah semakin berkembang. Hal ini terutama karena tanur induksi menjanjikan beberapa kelebihan antara lain:     

Hasil peleburan bersih. Mudah dalam mengatur/mengendalikan temperatur. Komposisi cairan homogen. Efisiensi penggunaan energi panas tinggi. Dapat digunakan untuk melebur berbagai jenis material.

Namun demikian terdapat pula hambatan/kendala yang perlu diperhatikan yaitu:     

Infestasi biaya beban tetap yang cukup besar menuntut loading yang tinggi. Biaya operasi yang besar menuntut tingkat kegagalan yang rendah. Dibutuhkan operator maupun teknisi berpengalaman dalam mengoperasikannya. Tingkat bahaya besar, mengingat tanur ini menggunakan enerji listrik yang sangat besar. Biaya perawatan besar.

Nilai frekwensi dalam sebuah tungku induksi nilainya bisa mencapai 2000Hz, dan tegangan DC nya pun bisa diatur mengikut hingga mencapai 800VDC. Dalam hal pengaturan nilai-nilai listriknya (frekwensi dan tegangan), sebuah tungku induksi menggunakan komponen utama yang dinamakan "THYRISTOR" dalam panel sumber tenaga listriknya. Untuk menghindari lonjakkan tegangan dan arus secara mendadak yang disebabkan oleh sebuah beban (besi yang masuk secara tiba-tiba atau besi yang semakin banyak volumenya) dalam sebuah tungku induksi yang bisa menyebabkan rusaknya trafo sumber tenaga listriknya, maka di pasanglah beberapa kapasitor DC yang dipasang secara seri dan paralel. Dalam penggunaan sumber arus dan tegangan listrik DCnya, Tungku Induksi ini melingkari bejana pemasak (berbentuk seperti sebuah semen coran sumur timba yang terbuat dari pasir cetakan khusus) dengan menggunakan pipa tembaga sebagai bahan penghantarnya. Dan pipa tembaga ini selalu di aliri oleh air termasuk kabel dan komponen peralatan pada panel sumber listriknya yang berfungsi untuk meredam panas yang akan ditimbulkan selama proses peleburan berjalan. Ketika Sebuah beban masuk dalam bejana pemasak yang di aliri oleh tegangan DC dan nilai Frekwensi yang telah diatur besarannya, maka nilai arus yang mengalir akan mengikuti besarannya sesuai dengan nilai beban yang masuk. Nilai frekwensi yang tinggi akan dapat menyebabkan sebuah beban dalam bejana pemasak tersebut melepaskan panasnya, sehingga panas yang ditimbulkan oleh beban tersebut justru dapat melelehkan beban itu sendiri. Karena panas yang dialami oleh beban akan semakin tinggi, hingga mencapai nilai titik leburnya.  Arus induksi induksi (arus Eddy) Eddy) memanaskan memanaskan dan mencairkan mencairkan bahan bahan isian. isian. Pemilihan Pemilihan frekuensi frekuensi kerja tanur tanur peleburan sangat erat hubungannya dengan material yang dilebur maupun kapasitas peleburan, mengingat frekuensi kerja tersebut akan mengakibatkan terjadinya gejolak cairan (stirring) selama proses peleburan dengan tinggi puncak yang berbeda-beda. Sedangkan semakin tinggi frekuensi kerja maka akan naik pula kapasitas peleburan. Dengan demikian kompromi antara kebutuhan kapasitas dengan akibat yang akan ditimbulkan oleh gejolak cairan terhadap material perlu dilakukan. Tanur penahan panas berfungsi sebagai tempat penyimpanan cairan, sehingga memerlukan daya yang relative kecil namun memiliki kapasitas yang sangat besar. Proses peleburan dengan menggunakan tanur jenis ini dapat dilakukan, namun harus selalu diawali dengan bahan cair dan pemasukan bahan padat yang dihitung sedemikian rupa agar tidak terjadi pembekuan di dalam tanur.

Pendahuluan[sunting | sunting sumber ] Penggunaan tanur induksi di industri pengecoran logam dewasa ini telah semakin berkembang. Hal ini terutama karena tanur induksi menjanjikan beberapa kelebihan antara lain:     

Hasil peleburan bersih. Mudah dalam mengatur/mengendalikan temperatur. Komposisi cairan homogen. Efisiensi penggunaan energi panas tinggi. Dapat digunakan untuk melebur berbagai jenis material.

Namun demikian terdapat pula hambatan/kendala yang perlu diperhatikan yaitu:     

Infestasi biaya beban tetap yang cukup besar menuntut loading yang tinggi. Biaya operasi yang besar menuntut tingkat kegagalan yang rendah. Dibutuhkan operator maupun teknisi berpengalaman dalam mengoperasikannya. Tingkat bahaya besar, mengingat tanur ini menggunakan enerji listrik yang sangat besar. Biaya perawatan besar.

Dengan demikian walaupun tanur induksi menjanjikan banyak keuntungan namun menuntut perlakuan dan pengoperasian yang BENAR meliputi:   

Keterampilan operator. Penggunaan bahan baku dengan spesifikasi jelas. Preventive maintenance yang intensiv.

Prinsip proses peleburan dengan tanur induksi [sunting | sunting sumber ] Tanur induksi bekerja dengan prinsip transformator dengan kumparan primer dialiri arus AC dari sumber tenaga dan kumparan sekunder. Kumparan sekunder yang diletakkan di dalam medan mahnit kumparan primer akan menghasilkan arus induksi. Berbeda dengan transformator, kumparan sekunder digantikan oleh bahan baku peleburan serta dirancang sedemikian rupa agar arus induksi tersebut berubah menjadi panas yang sanggup mencairkannya. Sesuai dengan frekuensi kerja yang digunakan, tanur induksi dikatagorikan sebagai tanur induksi frekuensi jala-jala (50 Hz – Hz – 60  60 Hz) dengan kapasitas lebur diatas 1 ton/jam dan tanur induksi frekuensi menengah (150 Hz – Hz  – 10000  10000 Hz) untuk tanur dengan kapasitas lebur rendah. Frekuensi jala-jala pada tanur induksi frekuensi menengah diubah terlebih dahulu dengan menggunakan thyristor menjadi freukensi yang lebih tinggi sebelum dialirkan kekumparan primer. Secara umum tanur induksi terdiri dari 2 jenis yaitu: 



Tanur induksi jenis saluran, yang digunakan sebagai holding furnace (hanya berfungsi untuk menahan temperatur cairan agar tidak turun). Tanur induksi jenis krus, yang digunakan sebagai tanur peleburan.

Pemanasan hanya dilakukan pada bagian saluran cairan. Bahan cair yang panas akan bergerak keatas, sedangkan bahan cair yang dinggin bergerak kebawah mengisi saluran. Dengan demikian cairan di dalam tanur akan mengalami sirkulasi. Tanur induksi jenis krus dikonstruksi sedemikian rupa disesuaikan dengan ukuran dan jenis bahan yang dilebur, sehingga terdapat tanur induksi frekuensi jala-jala, tanur induksi frekuensi menengah dan tanur induksi frekuensi tinggi. Dengan demikian bahan baku peleburan pada tanur induksi dengan frekuensi kerja terpasang yang memiliki dimensi lebih kecil dari harga yang tertulis pada tabel diatas, harus dilebur dengan bantuan sisa cairan di dalam tanur. Pada tanur induksi frekuensi jala-jala (50 Hz), mengingat dimensi bahan baku minimumnya sedemikian besar, maka peleburan pertama selalu dimulai dengan bahan berukuran besar sebagai starting-block serta selalu disisakan sekurang-kurangnya 1/3 cairan di dalam tanur untuk membantu proses peleburan berikutnya.  Akibat dari dari adanya arus induksi induksi yang terus terus menerus menerus mengalir mengalir di dalam dalam cairan maka akan akan terjadi pergerakan cairan yang disebut sebagai stirring. Kualitas dan kuantitas stirring ditentukan oleh tinggi atau rendahnya frekuensi kerja dan jumlah fasa listrik yang digunakan. Sedangkan frekuensi kerja yang semakin rendah akan mengakibatkan stirring secara kualitatif menjadi semakin besar namun kuantitatif sedikit sehingga akan muncull sebagai gejolak cairan. Frekuensi kerja yang semakin tinggi akan mengakibatkan stirring yang terjadi kecil namun merata disetiap bagian dari cairan, sehingga cairan akan tampak lebih tenang.

Pemuatan bahan peleburan [sunting | sunting sumber ] Proses peleburan dengan tanur induksi akan semakin efisien bila menggunakan bahan baku yang masif (berukuran besar) dan kompak. Keuntungan yang diperoleh dari bahan masif adalah:



 



Bahan yang dilewati oleh medan induksi lebih banyak sehingga menghasilkan enerji panas yang lebih besar. Permukaan bahan yang bersentuhan dengan udara sedikit sehingga mengurangi efek oksidasi. Bahan homogen dengan komposisi yang serupa sehingga mengurangi faktor kesalahan peramuan. Mengurangi kemungkinan bahan asing dan kotoran ikut terbawa pada saat pemuatan sehingga lebih dapat menjamin pencapaian komposisi yang dikehendaki serta mengurangi terak ataupun bahaya-bahaya lain yang ditimbulkannya.

Ketersediaan cairan di dalam tanur juga akan dapat meningkatkan kecepatan peleburan. Maka dalam hal pemuatan bahan kedalam tanur indsuksi berlaku urutan sebagai berikut: Tanur induksi frekuensi jala-jala:        

Sarting blok untuk awal peleburan. Sisa cairan, yaitu 1/3 dari kapasitas tanur untuk peleburan lanjutan. Besi kasar. Bahan daur ulang. Besi bekas. Baja bekas. Carburisher (bersama baja bekas). Bahan paduan, dimana padfuan dengan kehilangan terbakar (melting loss) tinggi dimuatkan paling akhir.

Poin 1 merupakan tuntutan wajib bagi tanur induksi frekuensi jaringan, sebab tanpa starting block proses peleburan tidak dapat berlangsung. Sedangkan poin 2 adalah upaya untuk meningkatkan efisiensi enerji peleburan. Poin 3 sampai 8 merupakan urutan prioritas bila bahan-bahan tersebut digunakan. Tanur induksi frekuensi menengah dan tinggi:       

Sarting blok untuk awal peleburan (bila tersedia). Besi kasar. Bahan daur ulang. Besi bekas. Baja bekas. Carburisher (bersama baja bekas). Bahan paduan, dimana padfuan dengan kehilangan terbakar (melting loss) tinggi dimuatkan paling akhir.

Poin 1 lebih baik dilakukan walaupun tanpa sarting blok proses peleburan dengan tanur induksi frekuensi menengah sampai tinggi tetap dapat dilakukan. Sedangkan poin 2 sampai 7 merupakan urutan prioritas bila bahan-bahan tersebut digunakan.

Rangkuman[sunting | sunting sumber ]   

 

Tanur induksi digunakan pada proses peleburan besi, baja cor dan sedikit nonferro. Enerji peleburan diperoleh dari bahan bakar listrik. Tanur induksi terdiri dari dua jenis yaitu jenis saluran (untuk proses penahanan temperatur) dan  jenis krus (untuk (untuk proses proses peleburan). peleburan). Ukuran bahan baku sangat ditentukan oleh frekuensi kerja tanur induksi. Kualitas peleburan sangat ditentukan oleh lining tanur induksi.

Efisiensi peleburan akan naik bila bahan baku yang digunakan berukuran besar dan masif (kompak).

Prinsip Dasar Pemanasan Dengan Induksi [sunting | sunting sumber ] Prinsip pemanasan pada benda yang diletakkan di antara medan electromagnetic arus bolak-balik akan ditembus oleh medan listrik induksi mengakibatkan naiknya temperature bahan. Laju kenaikkan temperature akan berbeda-beda untuk setiap jenis maupun ukuran bahan sebab resistansi dari setiap bahan tersebut berbeda. Sebatang silinder logam diletakan pada sebuah kumparan yang dialiri arus bolak-balik, maka medan magnet yang terbentuk oleh kumparan akan menimbulkan arus induksi pada silinder logam. Silinder logam menjadi panas oleh energi panas joule yang timbul akibat lompatan electron dari arus induksi yang terhambat oleh resistansi dari logam. Pada pemanasan dengan induksi gelombang magnetis dipancarkan dari kumparan kepermukaan benda serta menembus benda tersebut hingga kedalaman tertentu, maka sepanjang penampang medan magnit ini akan timbul arus induksi. Dilihat dari prinsip kerjanya maka tanur induksi dikategorikan menjadi :  

Tanur induksi saluran Tanur induksi krus

Pada umumnya tanur induksi saluran digunakan sebagai alat penahan panas cairan (holding furnace), sedangkan untuk keperluan peleburan tanur induksi yang digunakan adalah jenis krus. Krus terbuat dari bahan refractory yang dipadatkan dan disinter di dalam tanur tersebut. Diameter krus yang terlalu besar mengakibatkan panas akan terserap terlalu banyak oleh bagian cairan yang tidak terjangkau induksi. Sehingga laju pemanasan cairan akan menjadi terlalu lambat. Sebaliknya bila diameter krus terlalu kecil, akan terjadi overheat pada cairan karena laju pemanasannya terlalu tinggi.

Efisiensi Peleburan Dengan Tanur Induksi [sunting | sunting sumber ] Pemanasan tanur induksi efisiensi akan semakin tinggi pada bahan baku yang lebih besar tanpa dipengaruhi oleh frekuensi kerjanya. Pada awal proses peleburan selalu dipilih bahan baku dengan dimensi mendekati diameter dalam krus. Muatan awal ini minimum harus dapat mengisi 20% dari kapasitas tanur. Penggunaan tanur induksi frekuensi jala-jala, untuk peleburan dari bahan padat hanya dapat dimulai dengan muatan awal yang dibuat sebagai balok yang massif (starting block). Untuk menghindari pemakaian starting block harus disisakan sebanyak 1/3 dari kapasitas tanur sebagai muatan awal. Hal ini disebabkan oleh besarnya kedalaman penetrasi sehingga membutuhkan bahan baku berukuran besar. Tanur dengan frekuensi lebih tinggi (frekuensi medium) diawali dengan bahan baku berukuran kecil. Selama bahan belum mencair, setiap potongan bahan akan terjadi arus induksi yang mengakibatkan naiknya temperature potongan bahan tersebut. Laju kenaikan temperature lebih tinggi pada potongan bahan yang paling dekat dengan kumparan. Bahan baku yang telah mencair dipanaskan terus hingga mencapai temperature ideal proses peleburan. Pada saat ini akan terjadi gejolak cairan (steering) akibat adanya gaya yang timbul dari medan induksi dan bergerak secara pheryperal. Gejolak cairan ini pada proses peleburan menjadi hal yang menguntungkan, dimana akan terjadi distribusi temperature maupun homogenisasi paduan yang baik di dalam cairan terutama pada saat

dilakukan rekarburisasi. Namun demikian gejolak yang besar juga akan meningkatkan laju oksidasi serta erosi pada lining. Oleh karena itu rancangan tanur induksi untuk peleburan bahan tertentu harus memperhatikan fenomena tersebut.

Langkah Operasi Peleburan Tanur Induksi[sunting | sunting sumber ] Berikut diuraikan langkah operasi peleburan induksi beserta ilustrasinya :        

   

Memasukan bahan dasar Pemanasan awal kurang lebih selama 15 menit dengan pemberian beban 10 kW. Pemberian beban 60 – 120 kW Setelah bahan mulai mencair, masukan bahan selanjutnya Penambahan beban 120 – 190 kW (full power), hingga seluruh bahan mencair. Masukan bahan paduan Ukur temperatur cairan sebelum pengambilan sampel Pengambilan sampel pada temperatur kesetimbangan (lihat tabel), kemudian periksa komposisi dari sampel ke laboratorium. Penahanan temperatur sedikit diatas temperatur didih dengan pembebanan 60 kW. Lakukan koreksi, bila komposisi belum mencapai target yang diinginkan Naikan temperatur sampai temperatur taping yang diinginkan, periksa temperatur Tapping

Keuntungan-keuntungan Induction furnace dibandingkan Electric arc furnace 

  

Tidak menggunakan elektrode sehingga mengurangi karburasi yaitu masuknya karbon ke dalam baja. Pengontrolan selama operasi lebih mudah. Terjadi sirkulasi logam cair sehingga mempercepat reaksi kimia yang etrjadi. Baja yang dihasilkan lebih homogen.

Daya yang diperlukan dari frekuensi arus yang disediakan pada kumparan induktor tergantung pada kapasitas crucible (diameternya) dan jenis bahan isiannya. Inductioan furnace biasanya beroperasi pada arus dengan frekuensi 500 - 2500 Cps (dapur kapaitas besar beroperasi pada fkrekuensi rendah). Rating generator yang digunakan bervariasi dari 0,4 - 1 KW/kg bahan isian. Crucible dapur ini dapat bersifat asam atau basa, dengan lapisan asam dibuat dari tanah quarsite dengan bahan pengikat bubuk asamboric sampai 1,5%, dan lapisan basa dibuat dari bubuk magnesite (MgO) dengan bahan pengikat asam boric sampai 3%. Dapur Induction furnace banyak digunakan dalam pembuatan baja paduan tinggi (high alloy stell) dan paduan khusus (special purpose alloy).

Pengetapan Dan Penuangan Baja. (Tapping and Pouring the Steel)[sunting | sunting sumber ] Baja cair yang dihasilkan dari dapur-dapur seperti telah diterangkan di atas kemudian ditap dalam ladle yang dipanaskan terlebih dahulu. Pemanasan ladle perlu dilakukan untuk menjaga temperatur baja cair tidak banyak berkurang kapasitas lodle harus sesuai dengan keperluan. Dari ladle tersebut baja cair dituangkan ke dalam cetakan logam (metal mould) untuk menghasilkan ingot atau ke dalam cetakan pasir (sand mould) untuk menghasilkan baja tuang (steel casting).

Penggunaan tanur induksi di industri pengecoran logam dewasa ini telah semakin berkembang. Hal ini terutama karena tanur induksi menjanjikan beberapa kelebihan antara lain: 

Hasil peleburan bersih.



Mudah dalam mengatur/mengendalikan temperatur.



Komposisi cairan homogen.



Efisiensi penggunaan energi panas tinggi.



Dapat digunakan untuk melebur berbagai jenis material. Namun demikian terdapat pula hambatan/kendala yang perlu diperhatikan yaitu:



Infestasi biaya beban tetap yang cukup besar menuntut loading yang tinggi.



Biaya operasi yang besar menuntut tingkat kegagalan yang rendah.



Dibutuhkan operator maupun teknisi berpengalaman dalam mengoperasikannya.



Tingkat bahaya besar, mengingat tanur ini menggunakan enerji listrik yang sangat besar.



Biaya perawatan besar. Dengan demikian walaupun tanur induksi menjanjikan banyak keuntungan namun menuntut perlakuan dan pengoperasian yang BENAR meliputi:



Keterampilan operator.



Penggunaan bahan baku dengan spesifikasi jelas.



Preventive maintenance yang intensiv.

Tanur induksi bekerja dengan prinsip transformator dengan kumparan primer dialiri arus AC dari sumber tenaga dan kumparan sekunder. Kumparan sekunder yang diletakkan didalam medan mahnit kumparan primer akan menghasilkan arus induksi. Berbeda dengan transformator, kumparan sekunder digantikan oleh bahan baku peleburan serta dirancang sedemikian rupa agar arus induksi tersebut berubah menjadi panas yang sanggup mencairkannya. Sesuai dengan frekuensi kerja yang digunakan, tanur induksi dikatagorikan sebagai tanur induksi frekuensi jala  jala (50 Hz – 60 Hz) dengan kapasitas lebur diatas 1 ton/jam dan tanur induksi frekuensi menengah (150 Hz – 10000 Hz) untuk tanur dengan kapasitas lebur rendah. Frekuensi jala-jala pada tanur induksi frekuensi menengah diubah terlebih dahulu dengan menggunakan thyristor menjadi freukensi yang lebih ti nggi sebelum dialirkan kekumparan primer.

Skema tanur induksi frekuensi menengah 2. Secara umum tanur induksi terdiri dari 2 jenis yaitu: 

Tanur induksi jenis saluran, yang digunakan sebagai holding furnace (hanya berfungsi untuk menahan temperatur cairan agar tidak turun).



Tanur induksi jenis krus, yang digunakan sebagai tanur peleburan.

Prinsip pemanasan tanur induksi jenis saluran2. Pemanasan hanya dilakukan pada bagian saluran cairan. Bahan cair yang panas akan bergerak keatas, sedangkan bahan cair yang dinggin bergerak kebawah mengisi saluran. Dengan demikian cairan didalam tanur akan mengalami sirkulasi.

Potongan melintang tanur induksi jenis saluran2.

Prinsip pemanasan tanur induksi jenis krus2.

Potongan melintang tanur induksi jenis krus 2. Tanur induksi jenis krus dikonstruksi sedemikian rupa disesuaikan dengan ukuran dan jenis bahan yang dilebur, sehingga terdapat tanur induksi frekuensi jala-jala, tanur induksi frekuensi menengah dan tanur induksi frekuensi tinggi.

Daerah kerja frekuensi terhadap kapasitas muat

tanur2.

Hal penting yang harus diperhatikan dalam memilih frekuensi kerja tanur induksi adalah hubungannya dengan ukuran minimum bahan baku yang dapat ditembus oleh frekuensi tersebut, sebagai berikut:

dimana: δ  =

kedalaman penetrasi elektromagnetik [m].

K = Konstanta bahan baku. f = Frekuensi kerja [Hz]. Ukuran minimum bahan baku yang dapat dilebur tanpa bantuan cairan adalah: D = 3,5 x Oleh Brown Bovery Co. ditabelkan sebagai berikut.

δ 

Dimensi minimum bahan baku [mm] Dengan demikian bahan baku peleburan pada tanur induksi dengan frekuensi kerja terpasang yang memiliki dimensi lebih kecil dari harga yang tertulis pada tabel diatas, harus dilebur dengan bantuan sisa cairan didalam tanur. Pada tanur induksi frekuensi jala-jala (50 Hz), mengingat dimensi bahan baku minimumnya sedemikian besar, maka peleburan pertama selalu dimulai dengan bahan berukuran besar sebagai starting-block serta selalu disisakan sekurang-kurangnya 1/3 cairan didalam tanur untuk membantu proses peleburan berikutnya. Akibat dari adanya arus i nduksi yang terus menerus mengalir didalam cairan maka akan terjadi pergerakan cairan yang disebut sebagai stirring. Kualitas dan kuantitas stirring ditentukan oleh tinggi atau rendahnya frekuensi kerja dan jumlah fasa l istrik yang digunakan.

Stirring pada 1 fasa (a) dan 3 fasa (b). Sedangkan frekuensi kerja yang semakin rendah akan mengakibatkan stirring secara kualitatif menjadi se makin besar namun kuantitatif sedikit sehingga akan muncull sebagai gejolak cairan. Frekuensi kerja yang semakin tinggi akan mengakibatkan stirring yang terjadi kecil namun merata disetiap bagian dari cairan, sehingga cairan akan tampak lebih tenang.

Proses peleburan dengan tanur induksi akan semakin efisien bila menggunakan bahan baku yang masif (berukuran besar) dan kompak. Keuntungan yang diperoleh dari bahan masif adalah:

1.

Bahan yang dilewati oleh medan i nduksi lebih banyak sehingga menghasilkan enerji panas yang lebih besar.

2.

Permukaan bahan yang bersentuhan dengan udara sedikit sehingga mengurangi efek oksidasi.

3.

Bahan homogen dengan komposisi yang serupa sehingga mengurangi faktor kesalahan peramuan.

4.

Mengurangi kemungkinan bahan asing dan kotoran ikut terbawa pada saat pemuatan sehingga lebih dapat menjamin pencapaian komposisi yang dikehendaki serta mengurangi terak ataupun bahaya-bahaya lain yang ditimbulkannya.

Ketersediaan cairan didalam tanur juga akan dapat meningkatkan kecepatan peleburan. Maka dalam hal pemuatan bahan kedalam tanur indsuksi berlaku urutan sebagai berikut: Tanur induksi frekuensi jala-jala: 1.

Sarting blok untuk awal peleburan.

2.

Sisa cairan, yaitu 1/3 dari kapasitas tanur untuk peleburan lanjutan.

3.

Besi kasar.

4.

Bahan daur ulang.

5.

Besi bekas.

6.

Baja bekas.

7.

Carburisher (bersama baja bekas).

8.

Bahan paduan, dimana padfuan dengan kehilangan terbakar (melting loss) tinggi dimuatkan paling akhir.

Poin 1 merupakan tuntutan wajib bagi tanur induksi frekuensi jaringan, sebab tanpa starting block proses peleburan tidak dapat berlangsung. Sedangkan poin 2 adalah upaya untuk meningkatkan efisiensi enerji peleburan. Poin 3 sampai 8 merupakan urutan prioritas bila bahan-bahan tersebut digunakan. Tanur induksi frekuensi menengah dan tinggi: 1.

Sarting blok untuk awal peleburan (bila tersedia).

2.

Besi kasar.

3.

Bahan daur ulang.

4.

Besi bekas.

5.

Baja bekas.

6.

Carburisher (bersama baja bekas).

7.

Bahan paduan, dimana padfuan dengan kehilangan terbakar (melting loss) tinggi dimuatkan paling akhir.

Poin 1 lebih baik dilakukan walaupun tanpa sarting blok proses peleburan dengan tanur induksi frekuensi menengah sampai tinggi tetap dapat dilakukan. Sedangkan poin 2 sampai 7 merupakan urutan prioritas bila bahan-bahan tersebut digunakan.

1.

Tanur induksi digunakan pada proses peleburan besi, baja cor dan sedikit nonferro.

2.

Enerji peleburan diperoleh dari bahan bakar li strik.

3.

Tanur induksi terdiri dari dua jenis yaitu jenis saluran (untuk proses penahanan temperatur) dan jenis krus (untuk proses peleburan).

4.

Ukuran bahan baku sangat ditentukan oleh frekuensi kerja tanur induksi.

5.

Kualitas peleburan sangat ditentukan oleh lining tanur induksi.

Efisiensi peleburan akan naik bila bahan baku yang digunakan berukuran besar dan masif (kompak). Dari berbagai sumber.

Pembuatan baja dalam dapur listrik merupakan cara yang paling baik dan menguntungkan dibandiangkan dengan cara-cara lainnya. Prinsip kerja dapur listrik: Energi listrik diubah dengan bermacam-macam cara menjadi energi panas untuk memanaskan dan mencairkan logam. Dapur listrik yang digunakan untuk pembuatan baja ada dua macam yaitu : 1. Electric are-furnace 2. Induction furnace Pembuatan baja dalam dapur listrik mempunyai banyak kelebihan yaitu: • Temperatur yang dicapai cukup tinggi (dapat mencapai 2000oC) sehingga mampu untuk mencairkan logam-logam paduan yang titik cairnya tinggi, misal : paduan chrom, molybdenum, nikel, tungsten dan lain-lain. • Bekerja dengan menghasilkan terak yang banyak (sampai 55 - 60% CaO), lagi pula dapat menghilangkan unsur-unsur yang merugikan terhadap sifat-sifat baja seperti Phosfor (P) dan Sulfur (S). • Terutama pada induction furnace akan diperoleh deoksidasi dan degasifikasi dari pada baja. • Menghasilkan cairan dengan kualitas tinggi dan efisiensi yang tinggi dengan material yang hilang terbakar yang minimum serta kemudahan dalam pengendalian temperatur cairan logam Harga yang mahal (investasi yang besar) baik dari pengadaan tanur itu sendiri dan dari biaya energi yang tinggi merupakan kekurangan dalam penggunaan tanur listrik. Tanur listrik saat ini digunakan untuk proses peleburan seluruh jenis baja, termasuk stainless steel, tool steel dan baja paduan lainnya. Berikut ini akan dijelaskan lebih lanjut mengenai kedua tanur tersebut. 1. Tanur B usur A pi  (Arc Furnace) Tanur ini digunakan untuk proses peleburan, pemurnian dan untuk proses penahanan cairan logam pada temperatur tertentu (holding furnace). Tanur ini biasanya memiliki kapasitas untuk menampung

cairan logam sebanyak 5 – 25 ton. Keuntungan dari penggunaan tanur busur api adalah: • busur api yang terbentuk merupakan sumber panas tanpa resiko terkena kontaminasi, sehingga kemurnian cairan logam dapat terjaga. • penggunan panas dapat dikendalikan dengan mudah • efisiensi panas sangat baik sekitar 70%, disamping muncul biaya yang tinggi akibat kebutuhan listrik merupakan kerugian dari penggunaan tanur jenis ini. • lapisan udara diatas cairan logam mudah untuk dikendalikan • kehilangan (losses) bahan paduan seperti crom, nikel, dan tungsten yang renda h. Material logam dapat mencair karena adanya elektroda yang dihubungkan dengan rangkaian listrik (electrical circuit) yang akan membentuk suatu busur api yang akan mencairkan logam. Electric arcfurnace menggunakan tiga buah elektrode yaitu sesuai dengan jumlah phase dari aliran listrik yang digunakan. Arus yang digunakan adalah arus bolak-balik 3 phase ( 3 alternating current). Pada electric arc-furnace ini bahan isian akan dipanaskan dan dicairkan oleh adanya radiasi dari busur listrik (electric arc) yang terjadi antara electrode-electrode yang digunakan. Pada instalasi electric arc furnace ini digunakan step-down transformer yang berguna menurunkan tegangan (voltage) aliran listrik yang tinggi yang akan digunakan memanaskan dan mencairkan bahan isian. Tanur busur api memiliki lapisan baja berbentuk silinder dengan landasan berbentuk lengkung atau datar yang ditopang rol penahan yang memungkinkan tanur untuk dimiringkan. Sebagai gambaran, tanur busur api yang memiliki kapasitas 10 ton memiliki diameter luar sebesar 3 meter, diameter dalam bahan tahan api sebesar 2,4 meter, tinggi 2,25 meter dan memiliki lapisan baja setebal 25 mm , sedangkan power input sebesar 850 kva sampai dengan 30.000 kva. Prinsip Dasar Pemanasan Material Pada Tanur Busur Api  Prinsip timbulnya panas pada tanur busur api adalah panas timbul akibat adanya tahanan (resistansi) saat arus listrik mengalir. Dalam hal ini, logam yang dimuatkan dalam tanur yang akan memberikan tahanan terhadap arus listrik. Saat logam mencair, terak akan memberikan tahanan pada aliran arus listrik. Untuk mempertahankan pemberian panas saat logam telah mencair, elektroda harus diangkat sehinnga elektroda tersebut hanya menyentuh permukaan lapisan terak. Panas dihasilkan oleh loncatan electron (busur api) dengan aliran listrik dengan adanya aliran listrik ini maka, akan menimbulkan aliran induksi dalam cairan yang akan menyebabkan terjadinya gerak cairan,sehingga homogenisasi cairan dapat terjadi. Elektroda Elektodenya dibuat dari bahan Carbon atau grafit dimana elektrode dari bahan grafit lebih menguntungkan sebab lebih tahan terhadap temperatur tinggi. Ketiga elektrode yang digunakan, semakin lama akan semakin pendek di bagian ujung bawahnya disebabkan panas yang terjadi pada ujung tersebut. Pada saat operasi/bekerja, ketiga elektrode diturunkan secara bersama-sama hingga menyinggung bahan isian.  Agar terbentuk busur api, tiga elektroda dipasang secara vertical dalam formasi segitiga. Elektroda dikelilingi pendingin dan penutup untuk mendinginkan dan mengurangi gas yang keluar lewat elektroda. Ketiga elektroda yang digunakan dapat dinaikan atau diturunkan secara otomatis dengan menggunakan perangkat pengendali listrik atau hidrolik. Sistem kendali manual dan otomatis digunakan untuk menaikkan, menurunkan, dan menggeser elektroda saat proses peleburan

berlangsung. Jika elektrode tersebut sudah pendek, perlu diganti yang baru. Proses Pemuatan Saat proses pemuatan penutup tanur dibuka, dan setelah material dimuatkan kedalam tanur, kemudian penutup ditutup kembali, elektroda diturunkan , dan aliran listrik diberikan. Elektroda diturunkan sampai dasar sampai cairan logam mulai terkumpul dan mulai naik. Elektroda kemudian dinaikan secara bertahap seiring dengan kenaikan permukaan cairan logam. Untuk mendapatkan hasil yang optimal dari proses peleburan dengan menggunakan tanur busur api dapat dicapai dengan melakukan proses perencanaan dan pengendalian pemuatan yang baik. Secara umum komposisi pemuatan adalah sebagai berikut : • bahan baku dengan ukuran besar/tebal  sebanyak 40% • bahan baku dengan ukuran medium sebanyak 40% • bahan baku dengan ukuran kecil sebanyak 20% Penggunaan sistem saluran dengan ukuran yang besar ( tebal ) akan mengakibatkan proses peleburan menjadi semakin lama. Pemuatan bahan baku dilakukan dengan cara sebagai berikut : • distribusikan bahan baku pada seluruh permukaan tanur  • hindari bahan baku yang terkumpul dibawah elektroda • akan lebih mudah apabila bahan baku dengan ukuran kecil diletakan diatas bahan baku yang besar/tebal. Proses Peleburan Proses peleburan baja dengan tanur busur api terbagi menjadi dua proses, yaitu : • Proses terak asam • Proses terak basa Terak asam pada dasarnya mengandung Silika yang terdapat dalam ikatan ikatan kimia FeMnS (iron manganese silicate).Terak ini terbentuk akibat reaksi oksidasi. Pada tahapan ini terjadi proses pemurnian dari cairan logam yang dilakukan dengan pengendalian dalam penghilangan (reduksi) beberapa unsur seperti carbon, mangan dan silicon melalui proses oksidasi. Proses penghilangan phosphor dan sulfur sulit dilakukan. Pengontrolan kandungan kedua unsur tersebut hanya dapat dilakukan dengan pemilihan secara ketat bahan yang dimuat, dimana bahan yang dimuat harus memiliki kandungan rendah dari kedua unsur tersebut. Pada proses terak basa, perhatian pada kandungan sulfur dan phosphor tidak perlu dilakukan selama kedua unsur tersebut dapat dikurangi/dihilangkan dengan pemilihan material yang tepat. Pada peleburan baja paduan, dapat dilakukan dengan melakukan pemuatan menggunakan bahan baku dengan kandungan karbon yang rendah, dan untuk mencapai kandungan kimia akhir dilakukan dengan menambahkan bahan paduan. Pada tahap ini untuk pengikatan terak dilakukan dengan penambahan bijih besi dan batu kapur yang ditambahkan pada saat pemuatan awal atau pada saat bahan baku telah mencair. Penambahan bijih besi dan batu kapur saat awal proses peleburan dapat mengakibatkan hilangnya unsur phosphor. Yang harus diperhatikan pada pemberian bijih besi dan batu kapur adalah :

• kedua bahan tersebut dapat memperlambat proses peleburan • hindari saat pemasukan kedua bahan tersebut dibawah busur api yang juga akan merusak elektroda. • pemberian bijih besi tergantung dari kebersihan skrap yang digunakan • pemberian batu kapur bervariasi, berkisar antara 2% - 5 % dari total bahan baku yang digunakan, tergantung dari kandungan sulphur dan phosphor yang akan dihilangkan. Komposisi aktual dari terak yang terbentuk pada saat pendidihan tergantung dari kandungan carbon pada cairan logam serta proses desulphurisasi dan dephosporisasi. 1) Tahap pencairan Yaitu tahap pertama peleburan dimana bahan baku pada diubah menjadi material cai hingga temperature 15500C – 16000C. Disini reaksi-reaksi dalam terhadap elemen-elemen yang dikandungnya (C, Mn, S, Si, P, Cr) mulai berlangsung dengan pembubuhan besi oksid , sebagai pereaksi. Fe3O4 -----------> 4 FeO Fe2O3 -----------> 3 FeO Perhatikan persamaan-persamaan reaksi berikut ini : • C + FeO -----------> Fe + CO ( belum terjadi pendidihan ) • Si + 2 FeO -----------> SiO2 + 2 Fe • Mn + FeO -----------> MnO + Fe ( terjadi pada temperatur relative rendah ) • 2 P + 5 FeO -----------> 5 Fe + P2O5 • 2 Cr + 3 FeO -----------> Cr2O3 + 3 Fe Tahap ini berlangsung selama 1,5 jam dan diakhiri dengan pembuangan terak. 2) Tahap Pembersihan Dilakukan dengan pembubuhan bahan pembawa CaO dan FeO sebanyak 3% - 4% dari seluruh berat bahan baku. Pada temperatur tinggi, reaksi C + FeO ----> Fe + CO akan mengakibatkan terjadi pendidihan. Penambahan CaO akan terjadi pengikatan elemen Cr, V, Ni, W, Al, Zn dan B menjadi terak. Lama dari tahap ini sekitar 30 menit setelah pembersihan ini akan menghasilkan :C turun sampai 0,5%, Si < 0,1%, Mn < 0,1%, P = 0,02 %, S = 0,04 %, Cairan mengandung O2 yang tidak mengambil kotoran ( tidak ada yang dioksidasi ). 3) Tahap Penyelesaian Tujuan tahap ini adalah untuk : • Menyingkirkan O2 dari cairan • Penataan susunan komposisi • Desulfurisasi akhir  • Pencapaian temperature ideal untuk penuangan • Penyingkiran sisa-sisa deoksidasi • Deoksidasi akhir  Pada tahap ini temperature dinaikan hingga 16500C  – 17000C, dan membutuhkan waktu sekitar 30 menit. Peralatan Pendukung Pada Tanur Busur Api 

1) Pendingin air, digunakan pada tanur busur api untuk mendinginkan bagian-bagian penting dari tanur, yaitu: pemegang, lengan dan penjepit elektroda, bagian penutup tanur, aerah sekitar pintu 2) Peralatan preheating (pemanasan awal) material yang akan dilebur, dilakukan dengan menggunakan gas alam atau bahan bakan cair lainnya, akan mengurangi penggunaan energi listrik saat proses peleburan. Dengan dilakukan pemanasan awal akan mengurangi waktu peleburan serta akan mengurangi oksida – oksida dari bahan baku yang kemudian akan memperpanjang usia bahan pelapis tanur dan elektroda. 3) Penghisap debu dan asap, sebagai peralatan pendukung pada tanur busur api: a) Ventilasi (saluran udara) digunakan untuk memisahkan debu dan asap b) Pengisap debu dan asap yang di pasang langsung diatas tanur c) Penghisap debu dan asap yang menutupi permukaan tanur d) Penghisap debu dan asap berbentuk canopy 2. Tanur Induks i  Secara umum tanur induksi digolongkan sebagai tanur peleburan (melting furnace) dengan frekuensi kerja jala-jala (50 Hz) sampai frekuensi tinggi (10000 Hz) dan tanur penahan panas (holding furnace) yang bekerja pada frekuensi jala-jala. Prinsip kerja induction furnace hampir sama dengan kerja transformator, dimana ada lilitan litsrik berfrekuensi tinggi, maka akan didapatkan/timbul arus induksi dalam lilitan sekunder yang terdiri dari crucible dan isian logam cair.  Arus induksi (arus Eddy) memanaskan dan mencairkan bahan isian. Pemilihan frekuensi kerja tanur peleburan sangat erat hubungannya dengan material yang dilebur maupun kapasitas peleburan, mengingat frekuensi kerja tersebut akan mengakibatkan terjadinya gejolak cairan (stirring) selama proses peleburan dengan tinggi puncak yang berbeda-beda. Sedangkan semakin tinggi frekuensi kerja maka akan naik pula kapasitas peleburan. Dengan demikian kompromi antara kebutuhan kapasitas dengan akibat yang akan ditimbulkan oleh gejolak cairan terhadap material perlu dilakukan. Tanur penahan panas berfungsi sebagai tempat penyimpanan cairan, sehingga memerlukan daya yang relative kecil namun memiliki kapasitas yang sangat besar. Proses peleburan dengan menggunakan tanur jenis ini dapat dilakukan, namun harus selalu diawali dengan bahan cair dan pemasukan bahan padat yang dihitung sedemikian rupa agar tidak terjadi pembekuan didalam tanur. Prinsip Dasar Pemanasan Dengan Induksi  Prinsip pemanasan pada benda yang diletakkan diantara medan electromagnetic arus bolak-balik akan ditembus oleh medan listrik induksi mengakibatkan naiknya temperature bahan. Laju kenaikkan temperature akan berbeda-beda untuk setiap jenis maupun ukuran bahan sebab resistansi dari setiap bahan tersebut berbeda.

Sebatang silinder logam diletakan pada sebuah kumparan yang dialiri arus bolak-balik, maka medan magnet yang terbentuk oleh kumparan akan menimbulkan arus induksi pada silinder logam. Silinder logam menjadi panas oleh energi panas joule yang timbul akibat lompatan electron dari arus induksi yang terhambat oleh resistansi dari logam.

Pada pemanasan dengan induksi gelombang magnetis dipancarkan dari kumparan kepermukaan benda serta menembus benda tersebut hingga kedalaman tertentu, maka sepanjang penampang medan magnit ini akan timbul arus induksi. Dilihat dari prinsip kerjanya maka tanur induksi dikategorikan menjadi : • Tanur induksi saluran • Tanur induksi krus Pada umumnya tanur induksi saluran digunakan sebagai alat penahan panas cairan (holding furnace), sedangkan untuk keperluan peleburan tanur induksi yang digunakan adalah jenis krus. Krus terbuat dari bahan refractory yang dipadatkan dan disinter didalam tanur tersebut. Diameter krus yang terlalu besar mengakibatkan panas akan terserap terlalu banyak oleh bagian cairan yang tidak terjangkau induksi. Sehingga laju pemanasan cairan akan menjadi terlalu lambat. Sebaliknya bila diameter krus terlalu kecil, akan terjadi overheat pada cairan karena laju pemanasannya terlalu tinggi. Efisiensi Peleburan Dengan Tanur Induksi  Pemanasan tanur induksi efisiensi akan semakin tinggi pada bahan baku yang lebih besar tanpa dipengaruhi oleh frekuensi kerjanya. Pada awal proses peleburan selalu dipilih bahan baku dengan dimensi mendekati diameter dalam krus. Muatan awal ini minimum harus dapat mengisi 20% dari kapasitas tanur. Penggunaan tanur induksi frekuensi jala-jala, untuk peleburan dari bahan padat hanya dapat dimulai dengan muatan awal yang dibuat sebagai balok yang massif (starting block). Untuk menghindari pemakaian starting block harus disisakan sebanyak 1/3 dari kapasitas tanur sebagai muatan awal. Hal ini disebabkan oleh besarnya kedalaman penetrasi sehingga membutuhkan bahan baku berukuran besar. Tanur dengan frekuensi lebih tinggi (frekuensi medium) diawali dengan bahan baku berukuran kecil. Selama bahan belum mencair, setiap potongan bahan akan terjadi arus induksi yang mengakibatkan naiknya temperature potongan bahan tersebut. Laju kenaikan temperature lebih tinggi pada potongan bahan yang paling dekat dengan kumparan. Bahan baku yang telah mencair dipanaskan terus hingga mencapai temperature ideal proses peleburan. Pada saat ini akan terjadi gejolak cairan (steering) akibat adanya gaya yang timbul dari medan induksi dan bergerak secara pheryperal. Gejolak cairan ini pada proses peleburan menjadi hal yang menguntungkan, dimana akan terjadi distribusi temperature maupun homogenisasi paduan yang baik didalam cairan terutama pada saat dilakukan rekarburisasi. Namun demikian gejolak yang besar juga akan meningkatkan laju oksidasi serta erosi pada lining. Oleh karena itu rancangan tanur induksi untuk peleburan bahan tertentu harus memperhatikan fenomena tersebut. Langkah Operasi Peleburan Tanur Induksi  Berikut diuraikan langkah operasi peleburan induksi beserta ilustrasinya :

1. Memasukan bahan dasar 2. Pemanasan awal kurang lebih selama 15 menit dengan pemberian beban 10 kW. 3. Pemberian beban 60 – 120 kW 4. Setelah bahan mulai mencair, masukan bahan selanjutnya 5. Penambahan beban 120 – 190 kW (full power), hingga seluruh bahan mencair. 6. Masukan bahan paduan 7. Ukur temperatur cairan sebelum pengambilan sampel 8. Pengambilan sampel pada temperatur kesetimbangan (lihat tabel), kemudian periksa komposisi dari sampel ke laboratorium. 9. Penahanan temperatur sedikit diatas temperatur didih dengan pembebanan 60 kW. 10. Lakukan koreksi, bila komposisi belum mencapai target yang diinginkan 11. Naikan temperatur sampai temperatur taping yang diinginkan, periksa temperatur 12. Tapping Keuntungan-keuntungan Induction furnace dibandingkan Electric arc furnace 1. Tidak menggunakan elektrode sehingga mengurangi karburasi yaitu masuknya karbon ke dalam baja. 2. Pengontrolan selama operasi lebih mudah. 3. Terjadi sirkulasi logam cair sehingga mempercepat reaksi kimia yang etrjadi. 4. Baja yang dihasilkan lebih homogen. Daya yang diperlukan dari frekuensi arus yang disediakan pada kumparan induktor tergantung pada kapasitas crucible (diameternya) dan jenis bahan isiannya. Inductioan furnace biasanya beroperasi pada arus dengan frekuensi 500 - 2500 Cps (dapur kapaitas besar beroperasi pada fkrekuensi rendah). Rating generator yang digunakan bervariasi dari 0,4 - 1 KW/kg bahan isian. Crucible dapur ini dapat bersifat asam atau basa, dengan lapisan asam dibuat dari tanah quarsite dengan bahan pengikat bubuk asamboric sampai 1,5%, dan lapisan basa dibuat dari bubuk magnesite (MgO) dengan bahan pengikat asam boric sampai 3%. Dapur Induction furnace banyak digunakan dalam pembuatan baja paduan tinggi (high alloy stell) dan paduan khusus (special purpose alloy). Pengetapan Dan Penuangan Baja. (Tapping and Pouring the Steel) Baja cair yang dihasilkan dari dapur-dapur seperti telah diterangkan di atas kemudian ditap dalam ladle yang dipanaskan terlebih dahulu. Pemanasan ladle perlu dilakukan untuk menjaga temperatur baja cair tidak banyak berkurang kapasitas lodle harus sesuai dengan keperluan. Dari ladle tersebut baja cair dituangkan ke dalam cetakan logam (metal mould) untuk menghasilkan ingot atau ke dalam cetakan pasir (sand mould) untuk menghasilkan baja tuang (steel casting).

PELEBURAN LOGAM DENGAN TANUR INDUKSI Tanur induksi atau tungku induksi adalah tungku pemanas yang digunakan untukmeleburkan logam dengan menggunakan energi listrik untuk mendapatkan panas. Bagian bagian tanur induksi

Secara umum konstruksi dari dapur induksi bentuknya tidak jauh bedadengandapurdapur peleburan lainnya. Akan tetapi bagianbagian dalam dapurinduksi tentuberbeda sesuai fungsi dan perannya.

Bagian - bagian dapur induksi terdiri dari 1.Spot : bias disebut juga dengan corong yang berfungsi sebagai tempatkeluarnyacairan logam yang su dah dileburkan. 2.Crusible : sebagai tempat pemanasan logam

3.Lining : lapisan pada dinding bagian dalam yang tahan panas , berfungsi sebagaikrus. 4.Antena : memiliki peranan penting sebagai sensor kebocoran yang berfungsiuntuk mendeteksi kebocor  an cairan logam pada lining (lapisan pada dinding bagiandalam induction furnace), apabila terdapat kerusakan pada lining dikarenakan crack (retak), erosi, serta lining tergerus yang menyebabkan cairan logam bisa keluarmenembus ke p lat bajanya dan bisa terus melelehkannya serta cairan logam bisasampai terus merusak indukto r tembaga yang didalamnya terdapat air, maka akanterjadi ledakan pada induction furnace 5.Coil (Induktor) : komponen yang tersusun dari lilitan kawat berfungsimenimbulkan arus listrik. 6.Refaktori : merupakan material yang mempunyai ketahanan dalam temperaturtinggi dan material yang mampu mempertahankan sifatnya terhadap teganganmekanik maupun serangan kimia da ri gas-gas panas, cairan logam dan slag. Prinsip Kerja Tanur induksi bekerja dengan prinsip transformator dengan kumparan primer dialiriarus AC dari sumber tenaga dan kumparan sekunder. Kumparan sekunder yangdiletakkan didalam medan m agnit kumparan primer akan menghasilkan arusinduksi. Arus induksi tersebut berubah menjadi panas untuk meleburkan logam. JENIS TANUR INDUKSI 1. Tanur Induksi Jenis Saluran  jenis saluran ini digunakan sebagai holding furnace (hanya berfungsi untukmenahan temperatur cairan agar tidak turun). Pemanasan hanya dilakuk an padabagian saluran cairan. Bahan cair yang panas akan bergerak ke atas, sedangkanbahan  cair yang dingin bergerak ke bawah mengisi saluran.

2. Tanur Induksi Jenis Krus

Untuk dapur jenis ini digunakan sebagai dapur peleburan. Tanur induksi jenis krusdikonstruksi sedemikian rupa disesuaikan dengan ukuran dan jenis bahan yangdilebur, sehingga terdapat ta nur induksi frekuensi jala jala, tanurinduksi frekuensimenengah dan tanur induksi frekuensi tinggi

Kelebihan Tanur Induksi 1.Hasil peleburan bersih 2.Mudah dalam mengatur/mengendalikan temperatur  3.Komposisi cairan homogen 4.Efesiensi penggunaan energi panas tinggi 5.Dapat digunakan untuk melebur berbagai  jenis material Kelemahan Tanur Induksi 1.Biaya tinggi 2.Dibutuhkan operator yang berpengalaman dalam pengoperasiannya 3.Tingkat bahaya yang besar, mengingat tanur ini menggunakan energi listrik yang sangat besar  4.Biaya perawatan besar 

1. Pendahuluan. Penggunaan tanur induksi di industri pengecoran logam dewasa ini telah semakin berkembang. Hal ini terutama karena tanur induksi menjanjikan beberapa kelebihan antara lain:

* Hasil peleburan bersih. * Mudah dalam mengatur/mengendalikan temperatur. * Komposisi cairan homogen. * Efisiensi penggunaan energi panas tinggi. * Dapat digunakan untuk melebur berbagai jenis material. Namun demikian terdapat pula hambatan/kendala yang perlu diperhatikan yaitu: * Infestasi biaya beban tetap yang cukup besar menuntut loading yang tinggi. * Biaya operasi yang besar menuntut tingkat kegagalan yang rendah. * Dibutuhkan operator maupun teknisi berpengalaman dalam mengoperasikannya. * Tingkat bahaya besar, mengingat tanur ini menggunakan enerji listrik yang sangat besar. * Biaya perawatan besar. Dengan demikian walaupun tanur induksi menjanjikan banyak keuntungan namun menuntut perlakuan dan pengoperasian yang BENAR meliputi: * Keterampilan operator. * Penggunaan bahan baku dengan spesifikasi jelas. * Preventive maintenance yang intensiv. 2. Prinsip proses peleburan dengan tanur induksi. Tanur induksi bekerja dengan prinsip transformator dengan kumparan primer dialiri arus AC dari sumber tenaga dan kumparan sekunder. Kumparan se kunder yang diletakkan didalam medan mahnit kumparan primer akan menghasilkan arus induksi. Berbeda dengan transformator, kumparan sekunder digantikan oleh bahan baku peleburan serta dirancang sedemikian rupa agar arus induksi tersebut berubah menjadi panas yang sanggup mencairkannya. Sesuai dengan frekuensi kerja yang digunakan, tanur induksi dikatagorikan sebagai tanur induksi  frekuensi jala-jala (50 Hz – 60 Hz) dengan kapasitas lebur diatas 1 ton/jam dan tanur induksi frekuensi menengah (150 Hz – 10000 Hz) untuk tanur dengan kapasitas lebur rendah. Frekuensi jala-jala pada tanur induksi frekuensi menengah diubah terlebih dahulu dengan menggunakan thyristor menjadi freukensi yang lebih tinggi sebelum dialirkan kekumparan primer.

gambar-16-rSkema tanur induksi frekuensi menengah2. Secara umum tanur induksi terdiri dari 2 jenis yaitu:

* Tanur induksi jenis saluran, yang digunakan sebagai holding furnace (hanya berfungsi untuk menahan temperatur cairan agar tidak turun). * Tanur induksi jenis krus, yang digunakan sebagai tanur peleburan.

gambar 2Prinsip pemanasan tanur induksi jenis saluran2. Pemanasan hanya dilakukan pada bagian saluran cairan. Bahan cair yang panas akan bergerak keatas, sedangkan bahan cair yang dinggin bergerak kebawah mengisi saluran. Dengan demikian cairan didalam tanur akan mengalami sirkulasi.

gambar 3Potongan melintang tanur induksi jenis saluran2.

gambar 41Prinsip pemanasan tanur induksi jenis krus2.

gambar 5Potongan melintang tanur induksi jenis krus2. Tanur induksi jenis krus dikonstruksi sedemikian rupa disesuaikan dengan ukuran dan jenis bahan yang dilebur, sehingga terdapat tanur induksi frekuensi jala-jala, tanur induksi frekuensi menengah dan tanur induksi frekuensi tinggi.

gambar 6Daerah kerja frekuensi terhadap kapasitas muat tanur2. Hal penting yang harus diperhatikan dalam memilih frekuensi kerja tanur induksi adalah hubungannya dengan ukuran minimum bahan baku yang dapat ditembus oleh frekuensi tersebut, sebagai berikut:

dimana; δ = kedalaman penetrasi elektromagnetik [m]. K = Konstanta bahan baku.  f = Frekuensi kerja [Hz]. Ukuran minimum bahan baku yang dapat dilebur tanpa bantuan cairan adalah:

D = 3,5 x δ 

Oleh Brown Bovery Co. ditabelkan sebagai berikut.

 Min bahan bakuDimensi minimum bahan baku [mm] Dengan demikian bahan baku peleburan pada tanur induksi dengan frekuensi kerja terpasang yang memiliki dimensi lebih kecil dari harga yang tertulis pada tabel diatas, harus dilebur dengan bantuan sisa cairan didalam tanur. Pada tanur induksi frekuensi jala-jala (50 Hz), mengingat dimensi bahan baku minimumnya sedemikian besar, maka peleburan pertama selalu dimulai dengan bahan berukuran besar sebagai starting-block serta selalu disisakan sekurang-kurangnya 1/3 cairan didalam tanur untuk membantu proses peleburan berikutnya.  Akibat dari adanya arus induksi yang terus menerus mengalir didalam cairan maka akan terjadi  pergerakan cairan yang disebut sebagai stirring. Kualitas dan kuantitas stirring ditentukan oleh tinggi atau rendahnya frekuensi kerja dan jumlah fasa listrik yang digunakan.

gambar 7Stirring pada 1 fasa (a) dan 3 fasa (b). Sedangkan frekuensi kerja yang semakin rendah akan mengakibatkan stirring secara kualitatif menjadi semakin besar namun kuantitatif sedikit sehingga akan muncull sebagai gejolak cairan. Frekuensi kerja yang semakin tinggi akan mengakibatkan stirring yang terjadi kecil namun merata disetiap bagian dari cairan, sehingga cairan akan tampak lebih tenang. 3. Pemuatan bahan peleburan. Proses peleburan dengan tanur induksi akan semakin efisien bila menggunakan bahan baku yang masif (berukuran besar) dan kompak. Keuntungan yang diperoleh dari bahan masif adalah: 1. Bahan yang dilewati oleh medan induksi lebih banyak sehingga menghasilkan enerji panas yang lebih besar. 2. Permukaan bahan yang bersentuhan dengan udara sedikit sehingga mengurangi efek oksidasi. 3. Bahan homogen dengan komposisi yang serupa sehingga mengurangi faktor kesalahan peramuan. 4. Mengurangi kemungkinan bahan asing dan kotoran ikut terbawa pada saat pemuatan sehingga lebih dapat menjamin pencapaian komposisi yang dikehendaki serta mengurangi terak ataupun bahayabahaya lain yang ditimbulkannya. Ketersediaan cairan didalam tanur juga akan dapat meningkatkan kecepatan peleburan. Maka dalam hal pemuatan bahan kedalam tanur indsuksi berlaku urutan sebagai berikut: Tanur induksi frekuensi jala-jala: 1. Sarting blok untuk awal peleburan.

2. Sisa cairan, yaitu 1/3 dari kapasitas tanur untuk peleburan lanjutan. 3. Besi kasar. 4. Bahan daur ulang. 5. Besi bekas. 6. Baja bekas. 7. Carburisher (bersama baja bekas). 8. Bahan paduan, dimana padfuan dengan kehilangan terbakar (melting loss) tinggi dimuatkan paling akhir. Poin 1 merupakan tuntutan wajib bagi tanur induksi frekuensi jaringan, sebab tanpa starting block  proses peleburan tidak dapat berlangsung. Sedangkan poin 2 adalah upaya untuk meningkatkan efisiensi enerji peleburan. Poin 3 sampai 8 merupakan urutan prioritas bila bahan-bahan tersebut digunakan. Tanur induksi frekuensi menengah dan tinggi: 1. Sarting blok untuk awal peleburan (bila tersedia). 2. Besi kasar. 3. Bahan daur ulang. 4. Besi bekas. 5. Baja bekas. 6. Carburisher (bersama baja bekas). 7. Bahan paduan, dimana padfuan dengan kehilangan terbakar (melting loss) tinggi dimuatkan paling akhir. Poin 1 lebih baik dilakukan walaupun tanpa sarting blok proses peleburan dengan tanur induksi  frekuensi menengah sampai tinggi tetap dapat dilakukan. Sedangkan poin 2 sampai 7 merupakan urutan prioritas bila bahan-bahan tersebut digunakan. Rangkuman. 1. Tanur induksi digunakan pada proses peleburan besi, baja cor dan sedikit nonferro. 2. Enerji peleburan diperoleh dari bahan bakar listrik. 3. Tanur induksi terdiri dari dua jenis yaitu jenis saluran (untuk proses penahanan temperatur) dan  jenis krus (untuk proses peleburan). 4. Ukuran bahan baku sangat ditentukan oleh frekuensi kerja tanur induksi. 5. Kualitas peleburan sangat ditentukan oleh lining tanur induksi. Efisiensi peleburan akan naik bila bahan baku yang digunakan berukuran besar dan masif (kompak).

Tanur Busur Listrik atau Electric Arc furnance (EAF) adalah peralatan / alat yang digunakan untuk proses pembuatan logam / peleburan logam, dimana besi bekas dipanaskan dan dicairkan dengan busur listrik yang berasal dari elektroda ke besi bekas di dalam tanur. Daftar isi [sembunyikan]    



  

1Pendahuluan 2Deskripsi 3Tanur Busur Api (Arc Furnace) 4Prinsip Dasar Pemanasan Material Pada Tanur Busur Api 4.1Elektroda o 4.2Proses Pemuatan o 5Proses peleburan 5.1Tahap pencairan o 5.2Tahap Pembersihan o 5.3Tahap Penyelesaian o 6Peralatan Pendukung Pada Tanur Busur Listrik 7Lihat pula 8Referensi

Pendahuluan[sunting | sunting sumber ]  Ada dua macam arus listrik yang bisa digunakan dalam proses peleburan dengan EAF, yaitu arus searah (direct current ) dan arus bolak – balik ( alternating current). Dan yang biasa digunakan dalam proses peleburan adalah arus bolak-balik dengan 3 fase menggunakan electroda graphite. Salah satu kelebihan EAF dari basic oxygen furnance adalah kemampuan EAF untuk mengolah scrap menjadi 100 % baja cair. Menurut survei sebanyak 33% dari produksi baja kasar (crude steel) diproduksi menggunakan Tanur busur listrik (EAF). Sedangkan kapasitas porduksi dari EAF bisa mencapai 400 ton. Kelebihan lain dari EAF ini adalah energi yang dikeluarkan busur listrik terhadap logam bahan baku sangant besar, menyebabkan terjadinya okisdasi besar pada logam cair. Hal ini menyebabkan karbon yang terkandung di dalam logam bahan baku teroksidasi sehingga kadar karbon dalam logam tersebut menjadi berkurang. Bentuk fisik dari dapur (EAF) ini cukup rendah sehingga dalam hal pengisian bahan bakunya pun sangat mudah. Dalam hal pengoperasiannya pun EAF juga tidak terlalu sulit karena hanya memerlukan beberapa orang operator yang memantau proses peleburan dan penggunaan listrik pada dapur tersebut.

Deskripsi[sunting | sunting sumber ] Struktur dari Tanur busur listrik adalah Tungku oval (bagian bawah), dinding tanur yang berbentuk selinder, dan tutup tanur yang bisa bergerak menutup dan membuka untuk proses pengisian. Pada tutup tanur terdapat 3 buah lubang yang merupakan dudukan elektroda grafit, yang terdiri dari

mekanisme penjepit elektroda. Sedangkan elektroda tidak bertopang pada tutup tanur melainkan bertopang pada rangka tersendiri dan rangka tersebut memiliki mekanisme pengangkat dan untuk menurunkan elektroda pada posisi – posisi yang dapat diatur pada waktu pengoperasian. Untuk mengurangi rugi kalor (heat loses) pada tutup tanur, maka tutup tanur dilapis dengan isolator panas. Pada dinding pelindung tanur terdapat batu tahan api sebagai isolator panas bagian dalam yang dihasilkan tanur tersbut. Pada dinding tanur ini tidak diperlukan lagi lining karena pada bagian ini tidak lagi bersentuhan dengan cairan. Sedangkan kotruksi luar dari dinding di tutupi oleh pelat baja dengan ketebalan tertentu. Pada dinding bagian luar ini juga terdapat sistem pendingin yang menggunakan fluida air sebagai media pendinginan. Pada bagian tungku oval (spherical hearth) terdapat 3 lapisan yaitu lapisan lining kemudian lapisan batu tahan api dan sebagai kontruksi bagian luar digunakan pelat baja dengan ketebalan tertentu. Pada bagian ini juga terdapat tapping spout atau yang lebih dikenal dengan istilah saluran penuangan, yang digunakan untuk proses penungan cairan yang akan di cetak atau diatur komposisinya di ladle furnance. Pada bagian yang berhadapan dengan tapping spout adalah slaging door atau yang lebih dikenal dengan pintu slag, yang digunakan untuk mengeluarkan slag. Untuk mengatur posisi penuangan dan pengeluaran slag, terdapat mekanisme pada dasar bagian luar tanur yang berbentuk roda gigi berpasangan yang digerakkan oleh screw bar. Banyak tipe dapur listrik yang digunakan, tetapi secara praktik hanya tipe berikut yang digunakan dalam industry pembuatan baja : 

 AC direct-arc electric furnace (dapur busur listrik – arus bolak balik)



DC direct-arc electric furnace (dapur busur li strik – arus searah )



Induction electric furnace (dapur induksi)

Pada dapur busur listrik – arus bolak balik, arus melewati suatu elektroda turun ke bahan logam melalui suatu busur listrik, kemudian arus tersebut dari bahan logam mengalir keatas melalui busur listrik melalui busur listrik menuju elektroda lainnya. Untuk peleburan baja dapat dilakukan arus satu, dua atau tiga fasa. Umumnya digunakan arus 3 fasa. Dalam dapur listrik – arus searah, arus listrik melewati satu elektroda turun kebahan yang akan dilebur melelui busur listrik, yang kemudian mengalir menuju elektroda pasangannya yang berada dibawah dapur. Dapur listrik ini dikembangkan oleh Dr. Paul Heroult ( USA ). Dapur busur listrik Heroult yang pertama dibuat untuk memproduksi baja, dibangun oleh Halcomb steel company di Syracuse, New York pada tahun 1906. Pada dapur induksi, arus listrik diinduksikan kedalam baja dengan osilasi medan magnet. Berdasarkan frekwensinya, dapur induksi dikelompokkan sebagai berikut:



Dapur induksi frekwensi rendah. Menggunakan prinsip trafo, dimana bahan logam yang akan dilebur bertindak sebagai kumparan sekunder, sedang gulungan dengan inti besi bertindak sebagai kumparan primer.



Dapur induksi frekwensi medium atau tinggi. Arus dengan frekwensi mediumatau tinggi dilewatkan kumparan yang meliliti bejana ( crucible ) yang berisi bahan logam yang akan dilebur.

Dapur listrik dapat digunakan untuk pembuatan baja, baik dengan proses asam maupun basa. Hampir semua dapur listrik yang digunakan untuk melayani produksi ingot baja, baja cetak kontinya dan industry pengecoran saat ini menggunakan pelapis bata tahan api basa. Dapur listrik dapat digunakan untuk memproduksi hampir semua jenis baja. Untuk kapasitas dibawah 1.500.000 ton/tahun, dapur listrik lebih ekonomis digunakan daripada kombinasi blast furnace dan proses oxygen steel making basa. Hal tersebut khususnya berlaku pada daerah dimana tersedia banyak scrap dan harga tenaga listrik yang murah. Dapur listrik lebuh fleksibel untuk melayani operasi produksi yang intermittent ( misal, akibat permintaan pasar yang fluktuatif ). Dapur listrik mempunyai keterbatasan antara lain sebagai berikut : 

Tidak mampu memproduksi baja dengan kandungan unsure residual rendah dari scrap yang mempunyai unsure residual yang tinggi.



Satu dapur listrik tidak dapat melayani secara kontinyu dan berurutan satu mesin cetak kontinyu ( minimum diperlukan 2 dapur listrik )



Dapur listrik tidak ekonomis digunakan untuk produksi melebihi 1.500.000 ton baja/tahun, pada satu daerah.

Kandungan nitrogen dalam baja biasanya dua kali lebih tinggi daripada baja yang dihasilkan oleh proses oxygen steel making, baik basa maupun asam.

Tanur Busur Api (Arc Furnace) [sunting | sunting sumber ] Tanur ini digunakan untuk proses peleburan, pemurnian dan untuk proses penahanan cairan logam pada temperatur tertentu (holding furnace). Tanur ini biasanya memiliki kapasitas untuk menampung cairan logam sebanyak 5 – 25 ton. Keuntungan dari penggunaan tanur busur api adalah: 

busur api yang terbentuk merupakan sumber panas tanpa resiko terkena kontaminasi, sehingga kemurnian cairan logam dapat terjaga.



penggunan panas dapat dikendalikan dengan mudah



efisiensi panas sangat baik sekitar 70%, disamping muncul biaya yang tinggi akibat kebutuhan listrik merupakan kerugian dari penggunaan tanur jenis ini.



lapisan udara diatas cairan logam mudah untuk dikendalikan



kehilangan (losses) bahan paduan seperti crom, nikel, dan tungsten yang rendah.

Material logam dapat mencair karena adanya elektroda yang dihubungkan dengan rangkaian listrik (electrical circuit) yang akan membentuk suatu busur api yang akan mencairkan logam. Electric arcfurnace menggunakan tiga buah elektrode yaitu sesuai dengan jumlah phase dari aliran listrik yang digunakan. Arus yang digunakan adalah arus bolak-balik 3 phase ( 3 alternating current). Pada electric arc-furnace ini bahan isian akan dipanaskan dan dicairkan oleh adanya radiasi dari busur listrik (electric arc) yang terjadi antara electrode-electrode yang digunakan. Pada instalasi electric arc furnace ini digunakan step-down transformer yang berguna menurunkan tegangan (voltage) aliran listrik yang tinggi yang akan digunakan memanaskan dan mencairkan bahan isian. Tanur busur api memiliki lapisan baja berbentuk silinder dengan landasan berbentuk lengkung atau datar yang ditopang rol penahan yang memungkinkan tanur untuk dimiringkan. Sebagai gambaran, tanur busur api yang memiliki kapasitas 10 ton memiliki diameter luar sebesar 3 meter, diameter dalam bahan tahan api sebesar 2,4 meter, tinggi 2,25 meter dan memiliki lapisan baja setebal 25 mm , sedangkan power input sebesar 850 kva sampai dengan 30.000 kva.

Prinsip Dasar Pemanasan Material Pada Tanur Busur  Api[sunting | sunting sumber ] Prinsip timbulnya panas pada tanur busur api adalah panas timbul akibat adanya tahanan (resistansi) saat arus listrik mengalir. Dalam hal ini, logam yang dimuatkan dalam tanur yang akan memberikan tahanan terhadap arus listrik. Saat logam mencair, terak akan memberikan tahanan pada aliran arus listrik. Untuk mempertahankan pemberian panas saat logam telah mencair, elektroda harus diangkat sehinnga elektroda tersebut hanya menyentuh permukaan lapisan terak. Panas dihasilkan oleh loncatan electron (busur api) dengan aliran listrik dengan adanya aliran listrik ini maka, akan menimbulkan aliran induksi dalam cairan yang akan menyebabkan terjadinya gerak cairan,sehingga homogenisasi cairan dapat terjadi.

Elektroda[sunting | sunting sumber ] Elektodenya dibuat dari bahan Carbon atau grafit dimana elektrode dari bahan grafit lebih menguntungkan sebab lebih tahan terhadap temperatur tinggi. Ketiga elektrode yang digunakan, semakin lama akan semakin pendek di bagian ujung bawahnya disebabkan panas yang terjadi pada ujung tersebut. Pada saat operasi/bekerja, ketiga elektrode diturunkan secara bersama-sama hingga menyinggung bahan isian.  Agar terbentuk busur api, tiga elektroda dipasang secara vertical dalam formasi segitiga. Elektroda dikelilingi pendingin dan penutup untuk mendinginkan dan mengurangi gas yang keluar lewat elektroda. Ketiga elektroda yang digunakan dapat dinaikan atau diturunkan secara otomatis dengan menggunakan perangkat pengendali listrik atau hidrolik. Sistem kendali manual dan otomatis

digunakan untuk menaikkan, menurunkan, dan menggeser elektroda saat proses peleburan berlangsung. Jika elektrode tersebut sudah pendek, perlu diganti yang baru.

Proses Pemuatan [sunting | sunting sumber ] Saat proses pemuatan penutup tanur dibuka, dan setelah material dimuatkan kedalam tanur, kemudian penutup ditutup kembali, elektroda diturunkan , dan aliran listrik diberikan. Elektroda diturunkan sampai dasar sampai cairan logam mulai terkumpul dan mulai naik. Elektroda kemudian dinaikan secara bertahap seiring dengan kenaikan permukaan cairan logam. Untuk mendapatkan hasil yang optimal dari proses peleburan dengan menggunakan tanur busur api dapat dicapai dengan melakukan proses perencanaan dan pengendalian pemuatan yang baik. Secara umum komposisi pemuatan adalah sebagai berikut : 

bahan baku dengan ukuran besar/tebal sebanyak 40%



bahan baku dengan ukuran medium sebanyak 40%



bahan baku dengan ukuran kecil sebanyak 20%

Penggunaan sistem saluran dengan ukuran yang besar ( tebal ) akan mengakibatkan proses peleburan menjadi semakin lama. Pemuatan bahan baku dilakukan dengan cara sebagai berikut : 

distribusikan bahan baku pada seluruh permukaan tanur



hindari bahan baku yang terkumpul dibawah elektroda



akan lebih mudah apabila bahan baku dengan ukuran kecil diletakan diatas bahan baku yang besar/tebal.

Proses peleburan[sunting | sunting sumber ] Proses peleburan baja dengan tanur busur api terbagi menjadi dua proses, yaitu : 

Proses terak asam



Proses terak basa

Terak asam pada dasarnya mengandung Silika yang terdapat dalam ikatan ikatan kimia FeMnS (iron manganese silicate).Terak ini terbentuk akibat reaksi oksidasi. Pada tahapan ini terjadi proses pemurnian dari cairan logam yang dilakukan dengan pengendalian dalam penghilangan (reduksi) beberapa unsur seperti carbon, mangan dan silicon melalui proses oksidasi. Proses penghilangan phosphor dan sulfur sulit dilakukan. Pengontrolan kandungan kedua unsur tersebut hanya dapat dilakukan dengan pemilihan secara ketat bahan yang dimuat, dimana bahan yang dimuat harus memiliki kandungan rendah dari kedua unsur tersebut.

Pada proses terak basa, perhatian pada kandungan sulfur dan phosphor tidak perlu dilakukan selama kedua unsur tersebut dapat dikurangi/dihilangkan dengan pemilihan material yang tepat. Pada peleburan baja paduan, dapat dilakukan dengan melakukan pemuatan menggunakan bahan baku dengan kandungan karbon yang rendah, dan untuk mencapai kandungan kimia akhir dilakukan dengan menambahkan bahan paduan. Pada tahap ini untuk pengikatan terak dilakukan dengan penambahan bijih besi dan batu kapur yang ditambahkan pada saat pemuatan awal atau pada saat bahan baku telah mencair. Penambahan bijih besi dan batu kapur saat awal proses peleburan dapat mengakibatkan hilangnya unsur phosphor. Yang harus diperhatikan pada pemberian bijih besi dan batu kapur adalah : 

kedua bahan tersebut dapat memperlambat proses peleburan



hindari saat pemasukan kedua bahan tersebut dibawah busur api yang juga akan merusak elektroda.



pemberian bijih besi tergantung dari kebersihan skrap yang digunakan



pemberian batu kapur bervariasi, berkisar antara 2% - 5 % dari total bahan baku yang digunakan, tergantung dari kandungan sulphur dan phosphor yang akan dihilangkan.

Komposisi aktual dari terak yang terbentuk pada saat pendidihan tergantung dari kandungan carbon pada cairan logam serta proses desulphurisasi dan dephosporisasi.

Tahap pencairan [sunting | sunting sumber ] Yaitu tahap pertama peleburan dimana bahan baku pada diubah menjadi material cai hingga temperature 15500C – 16000C. Disini reaksi-reaksi dalam terhadap elemen-elemen yang dikandungnya (C, Mn, S, Si, P, Cr) mulai berlangsung dengan pembubuhan besi oksid , sebagai pereaksi. 

Fe3O4 -----------> 4 FeO



Fe2O3 -----------> 3 FeO

Perhatikan persamaan-persamaan reaksi berikut ini : 

C + FeO -----------> Fe + CO ( belum terjadi pendidihan )



Si + 2 FeO -----------> SiO2 + 2 Fe



Mn + FeO -----------> MnO + Fe ( terjadi pada temperatur relative rendah )



2 P + 5 FeO -----------> 5 Fe + P2O5



2 Cr + 3 FeO -----------> Cr2O3 + 3 Fe

Tahap ini berlangsung selama 1,5 jam dan diakhiri dengan pembuangan terak.

Tahap Pembersihan [sunting | sunting sumber ]

Dilakukan dengan pembubuhan bahan pembawa CaO dan FeO sebanyak 3% - 4% dari seluruh berat bahan baku. Pada temperatur tinggi, reaksi C + FeO ----> Fe + CO akan mengakibatkan terjadi pendidihan. Penambahan CaO akan terjadi pengikatan elemen Cr, V, Ni, W, Al, Zn dan B menjadi terak. Lama dari tahap ini sekitar 30 menit setelah pembersihan ini akan menghasilkan :C turun sampai 0,5%, Si < 0,1%, Mn < 0,1%, P = 0,02 %, S = 0,04 %, Cairan mengandung O2 yang tidak mengambil kotoran ( tidak ada yang dioksidasi ).

Tahap Penyelesaian [sunting | sunting sumber ] Tujuan tahap ini adalah untuk : 

Menyingkirkan O2 dari cairan



Penataan susunan komposisi



Desulfurisasi akhir



Pencapaian temperature ideal untuk penuangan



Penyingkiran sisa-sisa deoksidasi



Deoksidasi akhir

Pada tahap ini temperature dinaikan hingga 16500C  – 17000C, dan membutuhkan waktu sekitar 30 menit.

Peralatan Pendukung Pada Tanur Busur Listrik [sunting | sunting sumber ] 

Pendingin air, digunakan pada tanur busur api untuk mendinginkan bagian-bagian penting dari tanur, yaitu: pemegang, lengan dan penjepit elektroda, bagian penutup tanur, aerah sekitar pintu



Peralatan preheating (pemanasan awal) material yang akan dilebur, dilakukan dengan menggunakan gas alam atau bahan bakan cair lainnya, akan mengurangi penggunaan energi listrik saat proses peleburan. Dengan dilakukan pemanasan awal akan mengurangi waktu peleburan serta akan mengurangi oksida – oksida dari bahan baku yang kemudian akan memperpanjang usia bahan pelapis tanur dan elektroda.



Penghisap debu dan asap, sebagai peralatan pendukung pada tanur busur listrik: 

Ventilasi (saluran udara) digunakan untuk memisahkan debu dan asap



Pengisap debu dan asap yang di pasang langsung diatas tanur



Penghisap debu dan asap yang menutupi permukaan tanur



Penghisap debu dan asap berbentuk canopy

Pengertian E lectric A rc furnance (EAF)

Tanur Busur Listrik (EAF) adalah peralatan / alat yang digunakan untuk proses pembuatan logam / peleburan logam, dimana besi bekas dipanaskan dan dicairkan dengan busur listrik yang berasal dari elektroda ke besi bekas di dalam tanur. Ada dua macam arus listrik yang bisa digunakan dalam proses peleburan dengan EAF, yaitu arus searah (direct current ) dan arus bolak  – balik (alternating current ). Dan yang biasa digunakan dalam proses peleburan adalah arus bolak-balik dengan 3 fase menggunakan electroda graphite. Salah satu kelebihan EAF dari basic oxygen furnance adalah kemampuan EAF untuk mengolah scrap menjadi 100 % baja cair. Menurut survei sebanyak 33% dari produksi baja kasar (crude steel) diproduksi menggunakan Tanur busur listrik (EAF). Sedangkan kapasitas porduksi dari EAF bisa mencapai 400 ton. Kelebihan lain dari EAF ini adalah energi yang dikeluarkan busur listrik terhadap logam bahan baku sangant besar, menyebabkan terjadinya okisdasi besar pada logam cair. Hal ini menyebabkan karbon yang terkandung di dalam logam bahan baku teroksidasi sehingga kadar karbon dalam logam tersebut menjadi berkurang. Bentuk fisik dari dapur (EAF) ini cukup rendah sehingga dalam hal pengisian bahan bakunya pun sangat mudah. Dalam hal pengoperasiannya pun EAF juga tidak terlalu sulit karena hanya memerlukan beberapa orang operator yang memantau proses peleburan dan penggunaan listrik pada dapur tersebut.

Gambaran Umun

Struktur dari Tanur busur listrik adalah Tungku oval (bagian bawah), dinding tanur yang berbentuk selinder, dan tutup tanur yang bisa bergerak menutup dan membuka untuk proses pengisian. Pada tutup tanur terdapat 3 buah lubang yang merupakan dudukan elektroda grafit, yang terdiri dari mekanisme penjepit elektroda. Sedangkan elektroda tidak bertopang pada tutup tanur melainkan bertopang pada rangka tersendiri dan rangka tersebut memiliki mekanisme pengangkat dan untuk menurunkan elektroda pada posisi  – posisi yang dapat diatur pada waktu pengoperasian. Untuk mengurangi rugi kalor (heat loses) pada tutup tanur, maka tutup tanur dilapis dengan isolator panas.

Pada dinding pelindung tanur terdapat batu tahan api sebagai isolator panas bagian dalam yang dihasilkan tanur tersbut. Pada dinding tanur ini tidak diperlukan lagi lining karena pada bagian ini tidak lagi bersentuhan dengan cairan. Sedangkan kotruksi luar dari dinding di tutupi oleh pelat baja dengan ketebalan tertentu. Pada dinding bagian luar ini juga terdapat sistem pendingin yang menggunakan fluida air sebagai media pendinginan.

Pada bagian tungku oval (spherical hearth) terdapat 3 lapisan yaitu lapisan lining kemudian lapisan batu tahan api dan sebagai kontruksi bagian luar digunakan pelat baja dengan ketebalan tertentu. Pada bagian ini juga terdapat tapping spout atau yang lebih dikenal dengan istilah saluran penuangan, yang digunakan untuk proses penungan cairan yang akan di cetak atau diatur komposisinya di ladle furnance. Pada bagian yang berhadapan dengan tapping spout adalah slaging door atau yang lebih dikenal dengan pintu slag, yang digunakan untuk mengeluarkan slag. Untuk mengatur posisi penuangan dan pengeluaran slag, terdapat mekanisme pada dasar bagian luar tanur yang berbentuk roda gigi berpasangan yang digerakkan oleh screw bar .

Banyak tipe dapur listrik yang digunakan, tetapi secara praktek hanya tipe berikut yang digunakan dalam industry pembuatan baja : 1.  AC direct-arc electric furnace (dapur busur listrik  – arus bolak balik) 2. DC direct-arc electric furnace (dapur busur listrik  – arus searah ) 3. Induction electric furnace (dapur induksi)

Pada dapur busur listrik  – arus bolak balik, arus melewati suatu elektroda turun ke bahan logam melalui suatu busur listrik, kemudian arus tersebut dari bahan logam mengalir keatas melalui busur listrik melalui busur listrik menuju elektroda lainnya. Untuk peleburan baja dapat dilakukan arus satu, dua atau tiga fasa. Umumnya digunakan arus 3 fasa.

Dalam dapur listrik  – arus searah, arus listrik melewati satu elektroda turun kebahan yang akan dilebur melelui busur listrik, yang kemudian mengalir menuju elektroda pasangannya yang berada dibawah dapur.

Dapur listrik ini dikembangkan oleh Dr. Paul Heroult  ( USA ). Dapur busur listrik Heroult yang pertama dibuat untuk memproduksi baja, dibangun oleh Halcomb steel company  di Syracuse, New York

pada tahun 1906.

Gambar 1. Skema penampang dapur busur listrik  – arus bolak balik. Electric Arc Furnace (EAF) merupakan suatu alat untuk melebur baja, dengan menggunakan elektroda bentuk EAF seperti cangkir raksasa yang dilengkapi 3 buah elektroda. Cara kerja EAF, sama seperti pada las listrik, di mana elektroda tersebut diberikan arus listrik yang akan mengeluarkan percikan bunga api. Temperatur yang dibutuhkan untuk melebur baja sekitar 1.600 - 1.650 oC dan membutuhkan energi listrik sebesar 85.000 - 100.000 kWh. Daya yang diperlukan oleh f urnace untuk melakukan satu kali heat (pemanasan) adalah sekitar 670 kWh/ton dengan power factor sebesar 0,7. Sebelum melakukan pemanasan/peleburan, mula-mula furnace diberi kapur bakar, kemudian scrap, dan terkahir besi spon (DRI), jumlah scrap dalam satu kali heat sekitar 15 – 20 % dan DRI 80

– 85 %. Pemanasan ini berlangsung ± 90 menit.

Bagian-bagian utama pada EAF yaitu :



Badan Furnace



Furnace Shell, bagian terluar dari furnace  yang dibuat dengan cara pengelasan (Welding) atau dengan pembentukan pelat baja sehingga memiliki bentuk seperti silinder.



Slag Door, tempat keluarnya slag ( kotoran besi yang terapung dipermukaan baja cair) yang kemudian di tampung di slag pot.



Tap Hole, tempat keluarnya baja cair hasil dari peleburan yang melalui saluran penu angan (tapping spout)



Roof 

Roof atau penutup bagian atas furnace ini berbent uk sepeerti kubah, bertujuan sebagai pengisolasi panas agar panas tersebut tidak keluar, dan juga supaya debu yang dihasilkan dari proses peleburan ini tidak keluar, karena debu mudah terisap oleh lubang dedusting, sehingga debu tidak bertebaran di udara.



Elektroda Karbon dan Penyangga Elektroda

Elektroda karbon terdiri dari grafit dan mengalirkan arus listrik dengan cepat. Elektroda ini dapat disambung antara elektroda yang satu dengan yang lainnya menggunakan bagian ujung dari elektroda tersebut. Penyangga elektroda terdiri dari tiang penyangga dan lengan penyangga.



Gear (Gigi Penggerak)

Fungsi gigi penggerak adalah untuk menggerakkan atau memiringkan badan furnace. Di pabrik slab baja ini menggunakan sistem hidrolik sehingga badan furnace dapat digerakkan dengan halus.



Batu Tahan Api

Di pabrik slab baja ini, furnace menggunakan batu tahan api basa, yang sebagian besar mengandung MgO sebesar ± 80 %, sisanya adalah aluminium dan unsur-unsur lainnya.



Sistem Hidrolik

Sistem ini yang sangat dominan digunakan untuk menggerakkan peralatan mekanik seperti : Roof   (tutup dapur), mengatur posisi tungku (furnace) dan menggerakkan peralatan-peralatan dengan piston silinder.



Sistem Elektrik

Transformer merupakan sistem elektrik yang memegang peranan penting dalam proses peleburan baja. Transformer yang digunakan untuk mensuplai daya ke dapur listrik (EAF).



Sistem Pendinginan

Sistem menggunakan sirkulasi air yang didinginkan, sehingga temperaturnya tidak boleh melebihi 50oC.dengan menggunakan air pendingin maka dapur busur listrik akan aman dari temperatur yang berlebihan. Pendinginan diFurnace khususnya untuk mendinginkan Roof  dan Furnace Shell.



Continuous Feeding

Alat ini unuk mengisi bahan baku seperti besi spons dan batu kapur. Continous feeding dilakukan setelah dapur dengan bahan baku 40% dari total bahan yang harus dilebur. Sehingga dengan demikian continous feedingdilakukan pada saat kondisi furnace bekerja pada potensi maksimum

Peralatan pendukung yang terlibat secara langsung dalam proses peleburan baj a, terdiri dari:

1.

Ladle, tempat penampungan baja cair dari hasil peleburan di furnace, juga sebagai tempat pengadukkan (Rinsing) dan pencampuran dengan bahan lain ( Alloying).

2.

Slag Pot, tempat penampungan slag yang keluar dari furnace.

3.

Fibrating Feeder, untuk mengatur pengeluaran besi spons dan limestone dari bunker  ke furnace.

4.

Weighting Feeder, untuk mengatur jumlah besi spons dan limestone yang keluar dari bunker 

5.

Bunker Spons, tempat penampungan besi spons di mana besi spons tersebut kemudian dipindahkan olehconveyor   menuju furnace.

6.

Bunker Limestone, tempat penampungan limestone di mana limestone tersebut kemudian dipindahkan oleh conveyor   menuju furnace.

7.

Mesin Injeksi Karbon, berfungsi untuk menyemprotkan karbon ke dalam furnace, dan juga untuk membuangan slag.

8.

Mesin Injeksi Oksigen, berfungsi untuk menyemprotkan oksigen ke dalam furnace, agar di dalam furnace tersebut terjadi pembakaran/peleburan.

9.

Gunning Machine, untuk menyemprotkan material preparasi ke dinding refractory pada furnace.

10. Sistem Dedusting, merupakan sistem penghisap debu yang terjadi saat peleburan berlangsung.

Proses Electric Arc Furnace :

1.

Kapur bakar dimasukkan ke dalam Furnace.

2.

Kemudian dimasukkan Scrap sebanyak 15-20% dari total bahan yang akan dilebur

3.

Dan masukkan Direct Reduction Iron (DRI) sebanyak 80-85% dari total bahan yang akan dilebur

4.

Roof  ditutup

5.

Elektroda diturunkan hingga mendekati bahan yang akan dilebur (Scrap dan DRI)

6.

Listrik dialirkan pada tap yang paling rendah

7.

Muncul bunga api listrik dan panas

8.

Tap dinaikkan setahap demi setahap

9.

Seluruh baja akan mencair bersamaan waktunya dengan saat tap yang paling tinggi

10. Baja cair hasil peleburan tersebut siap untuk dibentuk.