DAPUR INDUKSI

1. PENDAHULUAN

1.1 Sejarah

Hubungan teknologi pengecoran dengan peradaban manusia sangat erat

disetiap zaman dibuktikan dengan dikenalnya zaman perunggu dan zaman besi.

Peradaban tersebut ditandai dengan kemampuan manusia untuk mengolah logam

dengan temperatur leleh yang lebih tinggi. Teknik pengecoran adalah proses awal

dari teknik produksi, hal ini menjadikan teknik pengecoran suatu bagian yang sangat

penting untuk dipahami. Langkah awal pengenalan teknik pengecoran di dunia

kampus dimulai dengan mengenalkan teknik peleburan logam yang salah satunya

adalah proses peleburan logam.

1.2. Latar Belakang.

Dalam proses pengecoran logam tahapan peleburan untuk mendapatkan logam

cair pasti akan dilakukan dengan menggunakan suatu tungku peleburan di mana

material bahan baku dan jenis tungku yang akan digunakan harus disesuaikan dengan

material yang akan dilebur.

Pemilihan tungku peleburan yang akan digunakan untuk mencairkan logam

harus sesuai dengan bahan baku yang akan dilebur. Paduan Aluminium, paduan

tembaga, paduan timah hitam, dan paduan ringan lainnya biasanya dilebur dengan

menggunakan tungku peleburan jenis krusibel,sedangkan untuk besi cor

menggunakan tungku induksi frekwensi rendah atau kupola. Tungku induksi rekwensi

tinggi biasanya digunakan untuk melebur baja dan material tahan

temperatur tinggi.

Tungku yang paling banyak digunakan dalam pengecoran logam antara lain

ada lima jenis yaitu; Tungku jenis kupola, tungku pengapian langsung, tungku

krusibel, tungku busur listrik, dan tungku induksi. Dalam memproduksi besi cor

tungku yang paling banyak digunakan industri pengecoran adalah krusibel dan tungku

induksi, jenis kupola sudah mulai jarang digunakan karena pertimbangan tertentu.

Berikut ini uraian tentang tungku induksi

2. ISI

2.1. Kajian Tentang Dapur Induksi

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.

Tanur induksi listrik adalah tanur yang melebur logam dengan medan

elektromagnet yang dihasilkan oleh induksi listrik, baik yang berfrekuensi rendah

maupun yang berfrekuensi tinggi. Tanur induksi biasanya berbentuk crucible yang

dapat dimiringkan. Tanur ini dipakai untuk melebur baja paduan tinggi, baja perkakas,

baja untuk cetakan, baja tahan karat,dan baja tahan panas yang tinggi..

Penggunaan tanur induksi di industri pengecoran logam dewasa ini telah

semakin berkembang. Hal ini terutama karena tanur induksi menjanjikan beberapa

kelebihan antara lain:

1. Hasil peleburan bersih.

2. Mudah dalam mengatur/mengendalikan temperatur.

3. Komposisi cairan homogen.

4. Efisiensi penggunaan energi panas tinggi.

5. Dapat digunakan untuk melebur berbagai jenis material

Namun demikian terdapat pula hambatan/kendala yang perlu diperhatikan

yaitu:

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

2. Biaya operasi yang besar menuntut tingkat kegagalan yang rendah.

3. Dibutuhkan operator maupun teknisi berpengalaman dalam mengoperasikannya.

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

besar.

5. Biaya perawatan besar.

2.2. Bagian-Bagian Dapur Induksi

Secara umum konstruksi dari dapur induksi bentuknya tidak jauh beda dengan

dapur-dapur peleburan lainnya. Akan tetapi bagian-bagian dalam dapur induksi tentu

berbeda sesuai fungsi dan perannya.

Gambar 2. 2.1 Kostruksi dari dapur induksi

Gambar 2. 2.2 Kostruksi dari dapur induksi

Bagian - bagian dapur induksi terdiri dari

1. Spot : bias disebut juga dengan corong yang berfungsi sebagai tempat keluarnya

cairan logam yang sudah dileburkan.

2. Crusible : sebagai tempat pemanasan logam

3. Lining : lapisan pada diding bagian dalam yang tahan panas , berfungsi sebagai

krus.

4. Antena : memiliki peranan penting sebagai sensor kebocoran yang berfungsi

untuk mendeteksi kebocoran cairan logam pada lining (lapisan pada dinding

bagian dalam induction furnace), apabila terdapat kerusakan pada lining

dikarenakan crack (retak), erosi, serta lining tergerus yang menyebabkan cairan

logam bisa keluar menembus ke plat bajanya dan bisa terus melelehkannya serta

cairan logam bisa sampai terus merusak induktor tembaga yangdidalamnya

terdapat air, maka akan terjadi ledakan pada induction furnace.

5. Coil (Induktor) : komponen yang tersusun dari lilitan kawat berfungsi

menimbulkan arus listrik.

6. Refaktori : merupakan material yang mempunyai ketahanan dalam temperatur

tinggi d an material yang mampu mempertahankan sifatnya terhadap tegangan

mekanik maupun serangan kimia dari gas-gas panas, cairan logam dan slag

7. Dan komponen-komponen lainnya.

2.3. 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 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 tinggi sebelum

dialirkan kekumparan primer.

Gambar 2.3.1. Skema tanur induksi frekuensi menengah

Secara umum tanur induksi terdiri dari 2 jenis yaitu:

a. Dapur induksi jenis saluran.

Jenis saluran inidigunakan sebagai holding furnace (hanya berfungsi untuk

menahan temperatur cairan agar tidak turun).

Gambar 2.3.2. Dapur induksi jenis saluran potongan melintang.

Prinsip pemanasan tanur induksi jenis saluran. 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 2.3.3. Prinsip pemanasan dapur induksi jenis saluran.

b. Dapur Induksi jenis krus

Gambar 2.3.4 Dapur induksi jenis krus.

Untuk dapur jenis ini digunakan sebagai dapur peleburan. 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 2.3.5. Prinsip dapur induksi jenis krus.

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

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

Oleh Brown Bovery C. ditabelkan sebagai berikut :

Tabel 2.3.1 Ukuran minimum bahan baku

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.

2.4. Lining Tanur Induksi

Hal utama yang perlu sangat diperhatikan disamping prinsip pemanasan dan

pencairan pada penggunaan tanur induksi adalah lapisan bahan tahan panas (lining)

yang berfugsi sebagai krus. Kualitas lining ini sangat berperan terhadap fungsi,

keselamatan kerja, metalurgi peleburan dan efisiensi.

Beban-beban yang harus dapat diatasi oleh lining adalah:

a. Temperatur tinggi selama proses peleburan dan perubahan temperatur dari tinggi

kerendah yang sangat cepat (temperatur shock) dan berulang-ulang khususnya

ketika bahan baku dimuatkan.

b. Gaya-gaya mekanik yang dihasilkan oleh tekanan cairan, benturan bahan baku

dan gesekan baik ketika bahan masih beku ataupun telah mencair.

c. Efek-efek metalurgi dari reaksi-reaksi yang berlangsung antara lining dengan

bahan dan terak cair, unsur-unsur asing serta merusak yang berasal dari bahan

baku (Zn, Pb) yang pada temperatur peleburan besi berada dalam keadaan sangat

cair sehingga mampu menyusup diantara celah-celah lining.

Ketebalan lining tanur induksi berpengaruh pula terhadap efisiensi penggunaan

energi listrik karena lining yang terlalu tebal akan menghambat aliran induksi.

Dengan demikian lining harus dibuat setipis mungkin dengan tetap

mempertimbangkan keamanan tanur. Dewasa ini tergantung dari kapasitas muat

tanur, ketebalan lining adalah antara 80 mm sampai dengan 200 mm.

Lining tanur induksi terbuat dari bahan berbentuk serbuk kasar yang kering.

Bahan tersebut harus dapat terpasang dengan baik melapisi kumparan bagian dalam.

Kekuatan dari bahan lining tersebut baru diperoleh setelah bahan mengalami proses

sintering.

Proses sintering adalah proses pemanasan terhadap lining baru sehingga bahan

lining yang semula terdiri dari serbuk kasar, sebagian berubah menjadi bersifat

keramik yang tahan terhadap temperatur tinggi dan pengaruh-pengaruh kimiawi,

sebagian berupa padatan masif yang segera akan berubah menjadi keramik bila daerah

keramik telah menipis dan sebagian masih merupa serbuk yang mampu meredam

getaran akibat benturan oleh bahan baku serta meredam retakan lining.

Selama proses peleburan daerah keramik akan terus menerus terkikis oleh

cairan, namun demikian daerah padatan yang terletak tepat disebelahnya akan segera

menjadi keramik sehingga ketebalan daerah keramik ini relatif tetap. Hal mana terjadi

pula terhadap daerah padatan yang pada saat bagian terdepan berubah menjadi

keramik bagian lain segera digantikan oleh bagian bahan serbuk yang berubah

menjadi padatan.

Dengan demikian pada akhirnya bagian lining yang akan habis adalah bagian

yang masih berupa serbuk. Artinya, bila bagian ini sudah habis maka lining tidak akan

mampu lagi untuk meredam getaran dan retakan. Hal ini menjadi indikator bahwa

lining harus segera diperbarui.

Ketebalan dari masing-masing daerah lining sesaat setelah proses sintering

selesai adalah relatif sama, dengan demikian lining dapat dinyatakan habis bila

ketebalannya tinggal 2/3 dari ketebalan semula.

Tiga daerah lining dan masing-masing fungsinya:

Daerah keramik yang tahan terhadap temperatur tinggi dan pengaruh-pengaruh

kimiawi.

Daerah padatan masif yang segera akan berubah menjadi keramik bila daerah

keramik telah menipis.

Daerah serbuk yang mampu meredam getaran akibat benturan oleh bahan baku

serta meredam retakan lining.

Gambar 2.4.1 Lining setelah proses sintering

Gambar 2.4.1 Lining setelah digunakan berkali-kali

2.5. 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 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. Baja bekas.

8. Bahan paduan, dimana paduan 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.

3. KESIMPULAN

1. Dapur Induksi termasuk dalam dapur peleburan yang prinsi kerjanya

menggunakan induksi arus listrik.

2. Dapur Induksi mempunyai beberapa keuntungan yaitudapat meleburkan semua

jenis baja dan bahan material yang lainnya yang tidak dapat dileburkan oleh

dapur-dapur peleburan yang lain. Tempearur dapat diatur serta kebersihannya dan

karateristik memadai.

3. Disamping banyak keuntungan dari dapur induksi ada juga kerugiannya yaitu

dalam hal biaya dan pengoperasian yang sulit, sehingga dibutuhkan tenaga ahli

yang handal.

DAFTAR PUSTAKA

Mikel, P. Grover. Fundamental of Modern Manufacturing

http://ghulamzoldics.wordpress.com/

electric-mechanic.blogspot.com/2010/11/tungku-induksi.html

epository.usu.ac.id/bitstream/123456789/22553/4/Chapter%20II.pdf

http://hapli.wordpress.com/foundry/peleburan-dengan-tanur-induksi/

http://mechanical90.blogspot.com/2010/03/jenis-jenis-tungku-peleburan-logam.html

TEKNOLOGI PENGECORAN

“ DAPUR INDUKSI ”

Disusun oleh :

DANANG KURNIAWAN

I0409012

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2012