Tungku pemanasan ulang yang kontinyu
Dalam pemanasan ulang/ reheating yang kontinyu, stok baja membentuk aliran bahan yang kontinyu dan dipanaskan sampai mencapai suhu yang
dikehendaki ketika bahan ini berjalan melalui tungku. Suhu sebatang baja naik antara 900 °C da n 1250 oC, sampai bahan ini cukup lunak untuk dikempa
atau digulung menjadi bentuk dan ukuran yang dikehendaki. Tungku juga harus memenuhi laju pemanasan stok yang spesifik untuk alasan metalurgi dan
produktivitas.
Untuk menjaga kehilangan energi pada nilai minimum, pintu masukan dan keluaran harus berukuran minimal dan dirancang untuk menghindari
penyusupan udara. Tungku pemanasan ulang/ reheating kontinyu dapat
dikategorikan dengan dua metoda pengangkutan bahan yang melalui tungku: • Stok dijaga bersama membentuk aliran bahan yang didorong menuju
tungku. Tungku semacam ini disebut tungku jenis pusher (pendorong).
• Stok ditempatkan pada perapian yang bergerak/moving hearth atau struktur penopang yang mengangkut baja menuju tungku. Tungkunya terdiri dari
balok berjalan, perapian berjalan, tungku bogie dengan sirkulasi ulang yang kontinyu, dan tungku dengan perapian berputar (rotary hearth
PERBANDINGKAN JENIS UTAMA TUNGKU DENGAN PEMANASAN ULANG KONTINYU YANG DIGUNAKAN DI INDUSTRI.
Tungku jenis Pusher Tungku dengan Balok Berjalan
Tungku dengan Perapian Berjalan
Tungku Bogie dengan Sirkulasi ulang yang Kontinyu
Jenis-jenis refraktori
Refraktori dapat digolongkan berdasarkan komposisi kimianya,
pengguna akhir dan metoda pembuatannya sebagaimana diperlihatkan dibawah ini.
Metoda klasifikasi
Contoh
Komposisi kimia
ASAM, yang siap bergabung dengan basa
Silika, Semisilika, Aluminosilikat
BASA, terutama yang mengandung oksida logam yang tahan terhadap basa
Magnesit, Khrom- magnesit, Magnesit-chromit, Dolomit
NETRAL, yang tidak bergabung dengan asam ataupun basa
Batu bata tahan api, K hrom, Alumina Murni
Khusus Karbon, Silikon Karbid, Zirkon
Pengguna Akhir
Blast furnace casting pit
Metoda pembuatan Proses kempa kering, fused cast , cetakan tangan, pembentukan normal, ikatan dengan pembakaran atau secara kimiawi, tidak dibentuk (monolitik, plastik, ramming mass, gunning castable, penyemprotan)
Refraktori sementahan api
Batubata tahan api merupakan bentuk yang umum dari bahan refraktori. Bahan ini digunakan secara luas dalam industri besi dan baja, metalurgi non besi, industri kaca, kiln barang tembikar, industri semen, dan masih banyak yang lainnya.
Refraktori semen tahan api, seperti batu bata tahan api, semen tahan api silika dan refraktori tanah liat alumunium dengan
kandungan silika (SiO2) yang bervariasi sampai mencapai 78 persen dan kandungan Al2O3 sampai mencapai 44 persen. Tabel berikut memperlihatkan bahwa titik leleh (PCE) batu bata tahan
api berkurang dengan meningkatnya bahan pencemar dan menurunkan Al2O3 . Bahan ini seringkali digunakan dalam tungku, kiln dan kompor sebab bahan tersebut tersedia banyak dan relatif tidak mahal.
Sifat-sifat batu bata tahan api
Refraktori alumina tinggi
Refraktori silikat alumina yang mengandung lebih dari 45 persen alumina biasanya dikatakan sebagai bahan-bahan alumina tinggi. Konsentrasi alumina berkisar dari 45 sampai 100 persen. Penerapan refraktori alumina tinggi meliputi perapian dan batang as tungku hembus, kiln keramik, kiln semen, tangki kaca dan wadah tempat melebur berbagai jenis logam.
Batu bata silika
Batu bata silika (atau Dinas) merupakan suatu refraktori yang mengandung paling sedikit 93 persen SiO2. Bahan bakunya
merupakan batu yang berkualitas. Batu bata silika berbagai kelas
memiliki penggunaan yang luas dalam tungku pelelehan besi dan baja dan industri kaca. Sebagai tambahan terhadap refraktori jenis multi dengan titik fusi yang tinggi, sifat penting lainnya adalah
ketahanannya yang tinggi terhadap kejutan panas (spalling) dan
kerefraktoriannya. Sifat batu bata silika yang terkemuka adalah bahwa bahan ini tidak melunak pada beban tinggi sampai titik fusi terdekati. Sifat ini sangat berlawanan dengan beberapa refraktori lainnya,
contohnya bahan silikat alumina, yang mulai berfusi dan retak pada suhu jauh lebih rendah dari suhu fusinya. Keuntungan lainnya adalah tahanan flux dan stag, stabilitas volum dan tahanan spalling tinggi.
Magnesit
Refraktori magnesit merupakan bahan baku kimia, yang mengandung paling sedikit 85 persen magnesium oksida. Tersusun dari magnesit alami (MgCO3 ). Sifat-sifat refraktori magnesit tergantung pada konsentrasi ikatan silikat pada suhu operasi. Magnesit kualitas bagus biasanya dihasilkan dari perbandingan CaO-SiO2 yang kurang dari dua dengan konsentrasi ferrit yang minimum, terutama jika tungku yang dilapisi refraktori beroperasi pada kondisi oksidasi dan reduksi. Perlawanan terak sangat tinggi terutama terhadap kapur dan terak yang kaya dengan besi.
Refraktori Khromit
Dibedakan dua jenis refraktori khromit:
1. Refraktori Khrom- magnesit, yang biasanya mengandung 15-35 per sen Cr2 O3 dan 42-50 persen MgO. Senyawa-senayawa tersebut dibuat dengan kualitas yang bermacam- macam dan digunakan untuk membentuk bagian-bagian kritis pada tungku bersuhu tinggi.Bahan tersebut dapat tahan terhadap terak dan gas yang korosif dan memiliki sifat refaktori yang tinggi.
2. Refraktori Magnesit-khromit, yang mengandung paling sedikit 60 persen MgO dan 8-18 persen Cr2 O3 . Bahan tersebut cocok untuk pelayanan pada suhu paling tinggi dan untuk kontak dengan terak/slag yang sangat dasar yang digunakan dalam pelebur a n baja. Magnesit- khromit biasanya memiliki tahanan spalling yang lebih baik daripada k hrom- magnesit.
Refraktori Zirkonia
Zirkonium dioksida (ZrO2) merupakan bahan polymorphic. Penting untuk menstabilkan bahan ini sebelum penggunaannya sebagai refraktori,
yang dicapai dengan mencampurkan sejumlah kecil kalsium, magnesium dan cerium oksida, dll. Sifatnya tergantung terutama pada derajat
stabilisasi, jumlah penstabil/stabiliser dan jumlah bahan baku
orisinalnya. Refraktori zirkonia memiliki kekuatan yang sangat tinggi pada suhu kamar, yang dicapai sampai suhu setinggi
15000 C. Oleh karenanya bahan tersebut berguna sebagai bahan konstruksi bersuhu tinggi dalam tungku dan kiln. Konduktivitas panas zirkonium dioksid lebih rendah dari kebanyakan refraktori oleh karena itu bahan ini d igunakan sebagai refraktori isolasi suhu tinggi. Zirkonia memperlihatkan kehilangan panas yang sangat rendah dan tidak bereaksi dengan logam cair, dan terutama berguna untuk pembuatan wadah tempat melebur logam pada refraktori dan tempat lainnya untuk keperluan metalurgi. Tungku kaca menggunakan zirkonia sebab bahan ini tidak mudah basah oleh kaca yang meleleh dan tidak mudah bereaksi dengan kaca.
Refraktori oksida (Alumina)
Bahan refraktori alumina yang terdiri dari alumunium oksida dengan sedikit kotoran dikenal sebagai alumina murni. Alumina merupakan satu dari bahan kimia oksida yang dikenal paling stabil. Bahan ini secara mekanis sangat kuat, tidak dapat larut dalam air, steam lewat jenuh, dan hampir semua asam inorganik dan alkali. Sifatnya membuatnya cocok untuk pembentukan wadah tempat melebur logam untuk fusi sodium karbonat, sodium hidroksida dan sodium peroksida. Bahan ini memiliki tahanan tinggi dalam oksidasi dan reduksi pada kondisi atmosfir. Alumina digunakan dalam industri dengan proses panas. Alumina yang sangat berpori digunakan untuk melapisi tungku dengan suhu operasi sampai mencapai 1850 oC.
Monolitik
Refraktori monolitik adalah sebuah cetakan tunggal dalam pembentukan peralatan, seperti sendok besar seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 9. Refraktori ini secara cepat menggantikan refraktori jenis kovensional dalam banyak digunakan termasuk tungku-tungku industri. Keuntungan utama monolitik adalah:
• Penghilangan sambungan yang merupakan titik kelemahan • Metoda penggunaannya lebih cepat
• Tidak diperlukan keak hlian khusus untuk pemasangannya • Mudah dalam penanganan dan pengangkutan
• Cakupan yang lebih baik untuk mengurangi waktu penghentian dalam perbaikan
• Cakupannya sungguh mengurangi tempat penyimpanan dan menghilangkan bentuk khusus
• Penghematan panas
• Tahanan spalling yang lebih baik • Stabilitas volum yang lebih besar
Penempatan monolitik menggunakan berbagai macam metoda, seperti
ramming, penuangan, gunniting, penyemprotan, dan sand slinging. Ramming memerlukan tool yang baik dan kebanyakan digunakan pada penggunaan
dingin dimana penggabungan bahan merupakan hal yang penting. Dikarenakan semen kalsium aluminat merupakan bahan pengikat, maka bahan ini harus
disimpan secara benar untuk mencegah penyerapan kadar air. Kekuatannya mulai berkurang setelah 6 sampai 12 bulan.
Bahan-bahan isolasi4
Bahan-bahan isolasi sangat mengurangi kehilangan panas yang melalui dinding. Isolasi dicapai dengan memberikan sebuah lapisan bahan yang memiliki konduktivitas panas rendah antara permukaan panas dibagian dalam tungku dan permukaan luar, jadi menjaga suhu permukaan luar tetap rendah.
Bahan-bahan isolasi dapat dikelompokkan sebagai berikut : 1. Batu bata isolasi
2. Castables isolasi 3. Serat keramik 4. Kalsium silikat 5. Pelapis keramik
Bahan-bahan isolasi memiliki konduktivitas yang rendah terhadap pori-porinya sementara kapasitas panasnya tergantung pada bulk
density dan panas jenisnya. Bahan isolasi udara terdiri dari pori-pori yang sangat kecil dan diisi oleh udara, yang memiliki konduktivitas
panas sangat rendah. Panas berlebih merugikan seluruh bahan isolasi, namun pada suhu berapa hal ini terjadi sangat bervariasi. Oleh karena itu pemilihan bahan isolasi harus didasarkan pada kemampuannya
menahan konduktivitas panas dan pada suhu tertinggi dimana bahan ini maíz dapat bertahan. Salah satu bahan isolasi yang paling banyak
digunakan adalah diatomite, juga dikenal dengan kiesel guhr, yang terdiri dari sejumlah massa kerangka tanaman air yang sangat kecil yang terendapkan ribuan tahun didasar lautan dan danau.
Komposisi kimianya adalah silika yang tercemari oleh lempung dan bahan organik. K isaran luas dari refraktori isolasi dengan
perpaduan luas yang sekarang sudah tersedia. Tabel 6 memperlihatkan sifat fisik penting dari beberapa refraktori isolasi.
Castables dan beton
Pelapisan monolitik bagian tungku dapat dibangun dengan penuangan isolasi refraktori dari beton, dan penggunaan agregat ringan ke tempat yang pantas untuk disambung. Penggunaan lainnya adalah dasar gerbong kiln terowongan yang
digunakan di industri keramik. Bahan- bahannya sama dengan bahan isolasi yang digunakan untuk pembuatan refraktori, kecuali betonnya mengandung semen
Portland atau semen alumina tinggi.
Serat keramik
Serat keramik merupakan bahan isolasi massa panas yang rendah, yang merombak rancangan tungku sistim pelapisan. Serat keramik dibuat dengan cara pencampuran
dan pelelehan alumina dan silika pada suhu 1800 – 2000o C, dan mematahkan aliran
lelehan dengan menghembuskan udara bertekanan atau menjatuhkan aliran lelehan ke cakram berputar membentuk serat keramik lepasan atau dalam kumpulan yang besar. Serat dalam jumlah besar digunakan untuk memproduksi berbagai produk isolasi termasuk selimut/mantel, bilah/ strip, vernis dan modul jangkar, kertas, papan dan potongan yang dibentuk vakum, tali, felt basah, semen mastik, dll. Serat biasanya dihasilkan dalam dua jenis suhu terga ntung pada kandungan Al2O3 . Produk yang baru adalah ZrO2 yang ditambahkan serat alumino-silikat, yang membantu mengurangi
tingkat penyusutan dan oleh karenanya membuat serat cocok untuk suhu yang lebih tinggi. Suhu operasi kontinyu yang direkomendasikan untuk serat-serat diberikan
Suhu operasi kontinyu yang direkomendasikan untuk serat-serat
Serat keramik biasanya dihasilkan dalam bentuk wool ukuran besar dan dijahitkan ke mantel dengan masa jenis yang bervariasi berkisar dari 64 sampai190 kg/m3 . Produk -produk yang diubah dan lebih dari 40 jenis berbeda dibuat dari mantel untuk memenuhi berbagai permintaan. Karakteristik serat keramik merupakan kombinasi yang luar biasa dari sifat-sifat refraktori dan bahan isolasi tradisional.
a) Konduktivitas panas yang lebih rendah
Dikarenakan konduktivitas panas yang rendah (0,1 kKal/m per jam per
oC pada 600 oC untuk mantel dengan massa jenis 128 kg/m3 ) maka memungkinkan untuk membuat lapisan yang lebih tipis dengan
efisiensi panas yang sama dengan refraktori konvensional. Sebagai hasil dari lapisan yang lebih tipis, volum tungku menjadi lebih besar. Lapisan ini 40 persen lebih efektif daripada batu bata isolasi kualitas baik dan 2,5 kali lebih baik dari asbes. Serat keramik merupakan bahan isolasi yang lebih baik dari kalsium silikat..
b) Ringan
Massa jenis rata-rata serat keramik adalah 96 kg/m3. Nilai ini sepersepuluh berat batu bata isolasi dan sepertiga berat papan
asbes/kalsium silikat. Untuk tungku yang baru, penyangga struktur bangunan dapat berkurang 40 persen.
c) Penyimpan panas yang lebih rendah
Lapisan serat keramik menyerap sedikit panas disebabkan masa
jenisnya yang lebih rendah. Oleh karena itu tungku dapat dipanaskan dan didinginkan pada laju yang lebih cepat. Biasanya panas yang
disimpan dalam sistim pelapisan serat keramik berkisar antara 2700 -4050 kkal/m2 (1000
– 1500 Btu/ft2 ) dibandingkan terhadap sistim pelapisan secara konvensional yang berkisar 54200-493900 kkal/m2 (20000 –250000 Btu/ft2 ).
d) Tahan terhadap goncangan panas
Pelapis serat keramik menahan goncangan panas karena matrik yang berpegas. Hal ini juga me njadikan siklus pemanasan dan pendinginan lebih cepat, dengan demikian memperbaiki
kemampuandan produktivitas tungku. e) Tahan kimia
Serat keramik menahan hampir seluruh serangan kimia dan tidak dipengaruhi oleh hidrokarbon, air dan steam yang ada dalam gas buang.
f) Pegas mekanik
Gaya pegas mekanik yang tinggi dari serat keramik memungkinkan untuk membuat tungku
berlapis serat di luar pabrik, mengirimnya ke lokasi dalam bentuk rakitan tanpa resiko rusak.
g) Biaya pemasangan yang rendah
Dikarenakan serat keramik merupakan proses yang sudah distandarisasi, maka tidak diperlukan keakhlian khusus. Pelapis serat tidak memerlukan waktu pengeringan atau waktu curing dan tidak terdapat resiko retak atau spalling bilamana dipanaskan setelah pemasangan.
h) Mudah dalam perawatan
Dalam hal kerusakan fisik, bagian serat keramik yang rusak dapat dengan segera dibuang dan diganti dengan yang baru. Seluruh bagian panel dapat dipasang sebagian terlebih dahulu untuk pemasangan cepat dengan waktu penghentian yang minimal.
i) Mudah dalam penanganan
Seluruh bentuk produk mudah ditangani dan hampir seluruhnya dapat dengan cepat dipotong oleh pisau atau gunting. Produk yang dibentuk oleh vakum memerlukan pemotongan dengan
menggunakan gergaji/band saw.
j) Efisiensi panas
Efisiensi panas sebuah tungku yang dilapisi dengan serat keramik diperbaiki dalam dua cara. Pertama, konduktivitas panas yang
rendah dari serat keramik me njadikan lapisan lebih tipis dan ole h karena itu tungkunya dapat menjadi lebih kecil. Kedua, respon cepat serat keramik terhadap perubahan suhu juga me njadikan