TUGAS TEKNIK PENGECORAN

DAPUR KUPOLA DAN CRUCIBLE

Disusun oleh :

OKKY NUGRA RETYAWAN

I0409039

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2012

PENDAHULUAN

Dalam proses pengecoran logam, ada beberapa tahapan yang harus dilaksanakan untuk menghasilkan sebuah produk cetakan dari logam. Sebelum menuju proses pengecoran, terlebih dahulu perlu kita ketahui pengertian dari pengecoran itu sendiri. Pengecoran adalah proses pembuatan benda kerja dari logam, dengan cara memanaskan logam hingga melebur atau meleleh yang kemudian dituangkan ke dalam cetakan. Bahan – bahan logam yang akan dilebur dipanaskan dalam dapur pemanas dengan temperatur tertentu hingga mencair atau melebur. Adapun beberapa contoh dapur pemanas antara lain dapur kupola dan dapur crucible.

Dapur Kupola (Kubah) digunakan pada peleburan besi tuang. Ini menyerupai sebuah dapur sumber kecil tapi tidak bisa bekerja terus menerus. Pada umumnya digunakan untuk menghasilkan peleburan sehari-hari berdasarkan pada kapasitas dari pabrik (foundry). Kupola-kupola biasanya dioperasikan sepasang, jadi pemeliharaannya bisa diatur untuk yang satu sedangkan yang lainnya tetap beroperasi, demikian seterusnya secara bergantian. Bahan yang diolah adalah besi kasar (pig iron) dan besi rongsokan/potongan-potongan dengan dicampur potongn baja untuk membantu mengontrol kandungan karbon akhir dengan dilusi. Sejumlah kecil batu kapur dicampurkan ke dalam muatan untuk membantu pembentukan terak dan beberapa tambahan yang diperlukan untuk mengatur analisa dari besi biasanya dicampurkan ke dalam ember tuang sewaktu dikeluarkan.

Dapur Crucible adalah dapur yang paling tua yang digunakan dalam peleburan logam. Dapur ini melebur logam tanpa berhubungan langsung dengan bahan baku pembakaran yang tidak langsung. Dapur ini mempunyai konstruksi paling sederhana. Dapur ini ada yang menggunakan kedudukan tetap dimana penmgambilan logam cair dengan memakai gayung. Dapur ini sangat fleksibel dan serba guna untuk peleburan yang skala kecil dan sedang. Bahan bakar dapur Crucible ini adalah gas atau bahan bakar minyak karena akan mudah mengawasi operasinya.

Dapur Kupola

Dapur kupola termasuk dapur pengolahan baja, dimana dapur ini digunakan untuk mengolah basi kasar kelabu/besi rongsokan/besi bekas menjadi baja. Gambar ilustrasi secara skematik sebuah Dapur Kupola adalah sebagai berikut.

1. Penggolongan Daerah Dalam KupolaBagian dari mulai pintu pengisian sampai lubang keluar, dibagi menjadi

beberapa daerah seperti disebut di bawah ini, sesuai keadaan bahan baku dalam kupola.

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

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

- Daerah panas lanjut: Adalah bagian bawah daerah lebur sampai rata tuyer. Logam cair dipanaskan lanjut selama turun melalui daerah ini.

- Daerah krus: Adalah bagian dari tuyer sampai dasar kupola. Logam cair dan sebagian kecil terak ditampung di daerah ini.

Selain hal tersebut diatas, bagian dalam kupola dibagi menjadi daerah oksidasi dan daerah reduksi, tergantung pada reaksi antara kokas dan gas.

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

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

2. Kapasitas PeleburanKapasitas peleburan dari kupola dinyatakan oleh laju peleburan dalam satuan

berat persatuan waktu, umumnya ditulis ton per jam. Kapasitas peleburan dapat berubah tergantung kepada: volume angin, perbandingan muatan besi dengan kokas serta syarat-syarat operasi peleburan lainnya, walaupun diameter kupola sama.

3. Tinggi EfektifTinggi efektif dari kupola adalah tinggi dari pertengahan tuyer (lubang

hembus) sampai bagian bawah dari pintu pengisian. Pada daerah ini terjadi pemanasan awal. Karena itu kupola yang tinggi akan efektif untuk pemindahan panas, akan tetapi kupola yang terlalu tinggi cenderung memiliki tahanan besar terhadap aliran gas. Hal ini juga menimbulkan resiko terjadinya peng-hancuran kokas. Syarat-syarat ini perlu dipertimbangkan, sehingga tinggi efektif kupola standar biasanya dikonstruksi berkisar antara empat sampai lima kali ukuran diameter dalam, diukur dari titik tengah tuyer.

4. Daerah KrusDaerah krus adalah daerah dari bagian bawah tuyer sampai ke dasar kupola.

Daerah krus dari kupola yang mempunyai perapian muka dibuat dangkal, karena tidak difungsikan untuk menyimpan logam cair di dalamnya. Daerah krus dari kupola tanpa perapian muka dibuat dalam. Biasanya ukuran krus dikonstruksi untuk dapat menampung dua atau tiga pengisian. Dalam daerah krus terdapat juga kokas, sehingga volume yang terisi oleh logam cair kira-kira 45 % dari volume daerah krus. Krus yang besar tidak dikehendaki sebab besi cair menyerap karbon dan belerang dari kokas.

5. Lubang Cerat dan Lubang TerakLubang cerat dan lubang terak dibuat di daerah krus. Bentuk dan susunan dari

lubang-lubang ini berbeda menurut cara pengeluaran besi cair dan terak. Pengeluaran besi cair dan terak dilakukan secara berkala. Pada proses ini besi cair atau terak ditampung sementara di dalam krus, kemudian dikeluarkan secara berkala melalui lubang cerat atau lubang terak dengan operasi tangan.

Proses pengeluaran terak yang paling baik adalah dari posisi depan tanur, dimana terak mengalir secara kontinyu bersama logam dari dasar dan sekaligus terak terpisah dari logam cair. Proses ini terbaik karena menghasilkan besi cair dengan kadar unsur-unsur lain terendah.

Proses pengeluaran terak dari belakang: dalam proses ini lubang cerat dan lubang terak dibuat pada tempat yang berlainan sehingga tidak perlu lagi memisahkan terak.

Besi yang dikeluarkan secara kontinyu dialirkan kedalam penampung (perapian depan), yang nantinya akan dikeluarkan sejumlah besi sesuai diperlukan.

6. TuyerTuyer berfungsi menghembuskan udara untuk pembakaran kokas dengan

volume dan tekanan yang memadai. Jadi jumlah luas penampang tuyer harus ditentukan secara tepat. Jumlah luas penampiag tuyer yang terlalu kecil menyebabkan kecepatan udara terlalu tinggi jadi menurunkan temperatur dari gas pembakaran. Sebaliknya luas yang terlalu besar menurunkan kecepatan udara dan pembakaran yang seragam tidak tercapai.

Biasanya perbandingan tuyer ini lima sampai enam untuk kupola kecil dan delapan sampai dua belas untuk kupola besar. Jumlah tuyer dipilih secara empirik dalam jumlah genap.

Proses kerja dapur kupola : 1. Saat akan digunakan , terlebih dahulu diadakan pemanasan pendahuluan agar dapur

dalam keadaan kering (tidak mengandung uap air). Pemanasan pendahuluan ini dilakukan dengan pembakaran arang kayu dan kokas di dalam dapur selama ± 15 jam sampai pemanasan pendahuluan berlangsung dengan sempurna (bahan bakar telah terbakar habis).

2. Selanjutnya dilakukan penambahan kokas dan udara dari blower yang dihembuskan dengan kecepatan rendah. Pemasukan kokas ditambah terus sampai mencapai setinggi 7-8 m . dari dasae tungku

3. Setelah bahan bakar kokas terbakar habis kemudian dimasukkan kepingan-kepingan baja dan besi kasar, dimana berat bahan-bahan yang dimasukkan antara 10%-15% dari output/jam (± 7-10 ton/jam). Sewaktu proses berlangsung sebagian dari baja/besi telah ada yang cair, maka setiap 15 menit baja/besi cair dikeluarkan dari lubang pengeluaran cairan baja yang ditampung oleh panci-panci penampung.

4. Untuk pembentukan terak di dalam dapur, ditambahkan CaCO3 pada pemasukan pertama dan karena temperature dapur, maka akan terjadi penguraian CaCO3 sb : CaCO3 → CaO + CO2, dan CO2 yang dihasilkan akibat penguraian CaCO3 akan terbakar/bereaksi dengan kokas sbb:

CO2+ C → 2CO – 41,09 kkal

Gas CO yang dihasilkan dikeluarkan melalui cerobong sebagi gas asap dengan temperature ± 300oC dan panasnya dapat dimanfaatkan untuk tenaga mesin-mesin yang lain.

5. Setelah terjadi reaksi antara silica dan batu kapur kemudian dimasukkan besi kasar dan kokas baru sekitar 8%-12% dari pengisian ke dalam dapur. Apabila kokas baru telah terbakar, dimasukkan udara dari blower yang akan menimbulkan reaksi antara zat arang dengan oxygen sbb :

C + O2 → CO2, + 94,22 kcal/mol

Akibat reaksi tersebut, terjadi pengurangan temperatur di dalam dapur tetapi karena gas CO yang terjadi mempunyai temperature 300oC – 400oC maka temperature yang turun hanya sedikit, sehingga masih cukup untuk melebur besi dan membentuk terak.

6. Setelah proses di dalam dapur, maka terak di atas cairan dikeluarkan dari dalam dapur dan kemudian dikeluarkanlah baja cair yang ditampung oleh panci-panci untuk dibawa ke tempat penuangan besi atau baja.

Dapur Crucible (Kowi)

Dapur Kowi ini, tercatat sebagai dapur tertua yang pernah digunakan untuk

melebur baja. Gambar penampang sebuah dapur kowi, dapat dilihat dibawah ini.

Crusibel furnace adalah dapur tertua yang digunakan untuk melebur baja,

terbuat dari campuran grafit dan tanah liat, mudah pecah dalam keadaan biasa, akan

tetapi memiliki kekuatan yang cukup berarti dalam keadaan panas. Dapat dipanaskan

dengan kokas, minyak/gas alam. Baja karbon rendah, baja bekas, arang kayu dan

paduan fero digunakan untuk membuat baja.

Crucible furnace termasuk dapur yang terbalik untuk untuk

memproses/membuat baja dibandingkan dengan dapur-dapur baja yang lainnya.

Proses di dalam dapur ini terjadi didalam ruangan tertutup, sehingga alat-alat

perlengkapannya dan proses pembuatan baja di dalam dapur ini termasuk sangat

mahal dan oleh karena itu dapur ini hanya digunkan untuk membuat atau mengerjakan

baja-baja istimewa atau kores.

Alasan pemilihan dapur Crucible yang akan digunakan di banding dengan

memakai dapur pelebur jenis lainnya karena:

1.  Dapur pelebur ini tidak memerlukan teknik pengoperasian yang terlalu rumit

disbanding dapur pelebur jenis lainnya, sehingga cocok digunakan untuk

penelitian dan praktikum bagi laboratorium Foundry.

2.    Dapur Crucible ini dapat menggunakan bahan bakar yang aman seperti minyak

tanah.

3.     Cocok digunakan untuk melebur logam bukan besi yang mempunyai temperature

cair yang cukup tinggi seperti alumunium.

4.    Mudah dalam pengoperasiannya terutama untuk pengambilan terak pada logam

alumunium.

Proses kerja :

1. Pertama-tama cawan ini diisi baja dan besi kasar, kemudian cawan ditutup dengan

merapatkan tutup dapur cawan dengan dempul tanah liat.

2. Setelah itu cawan diletakkan dalam dapur api. Di dalam dapur api dimasukkan gas-gas

panas sekeliling cawan sehingga cawan-cawan di dalam dapur api menjadi panas dan

mencairkan baja/besi yang berada di dalam cawan dan mereaksikan unsur-unsur yang

terdapat di dalam baja/besi.

3. Setelah proses selesai, maka cairan baja dikeluarkan dari dalam cawan dan dibawa ke

cetakan penuangan baja untuk dijadikan baja-baja kroes atau baja-baja istimewa.

4. Baja-baja yang dikerjakan dalam dapur cawan adalah baja-baja istimewa karena bisa

didapatkan baja-baja yang sangat murni dengan campuran yang homogen. Untuk

logam-logam yang sangat sulit dicampur secara merata sangat baik mengerjakannya

dengan dapur cawan karena campuran seperti Si,Mn ,Ni,Cr tidak akan berubah

( tetapi kadar arangnya akan berubah).

Baja-baja dari cawan ini akan dipakai untuk perkakas tempa, pahat-pahat,

pegas-pegas, baja-baja perkakas, paku keling, pesawat-pesawat pengengkat, kabel-

kabel, dsb. Tetapi karena harganya yang sangat tinggi, maka baja-baja cawan ini

terdesak oleh baja-baja listrik.

Untuk membuat sebuah dapur kowi, biasanya digunakan campuran grafit dan

tanah liat. Kekurangan nya adalah, mudah pecah pada keadaan biasa (dingin), tetapi

cukup keras pada keadaan panas. Bahan bakar Dapu Kowi adalah: kokas, minyak atau

gas.

Bahan baku nya adalah:

- baja karbon rendah

- baja bekas

- arang kayu

- paduan ferro

Kapasitas dapur kowi ini cukup kecil, yakni sekitar 50 kg saja.

Kesimpulan

1. Dapur kupola lebih menguntungkan bila dipakai dalam skala industri, tetapi jika hanya membutuhkan kapasitas yang kecil lebih dianjurkan memakai dapur crucible.

2. Waktu peleburan logam lebih cepat dapur crucible karena ukurannya jauh lebih kecil di banding dapur kupola.

3. Bila menggunakan dapur kupola kesempatan logam cair terkontaminasi lebih besar karena langsung bersentuhan dengan kokas.

Daftar Pustaka :

1. A.Schey.John, Proses Manufaktur : Introduction to Manufacturing Process 3rd edition, 2009, Mc.Graw-Hill.Co.

2. Al-Rasyid.Soepardi.Haroen, Pengetahuan Dasar Pengecoran Logam Besi, 2005, Bandung.

3. Surdia.Tata, Teknik Pengecoran Logam, 2002,Pradnya Paramita,Jakarta

4. Surjana.Hardi,Teknik Pengecoran Logam,2008,Depdiknas