Karakterisasi Arc Furnace

IMG_3841qw
Hadijaya, Alumni Prodi Pendidikan Kimia FKIP UT UPBJJ Jakarta

Abstrak
Telah dilakukan karakterisasi Arc Furnace melalui percobaan peleburan beberapa spesimen logam seperti SS-304, AlMg2, Mo serta menentukan besaran arus busur listrik yang diperlukan oleh masing-masing spesimen logam. Arc Furnace adalah salah satu sarana peleburan logam paduan untuk mencairkan logam dalam waktu singkat. Percobaan karakterisasi yang telah dilakukan memberikan hasil bahwa untuk melelehkan logam SS-304 dibutuhkan arus busur listrik sebesar 85 Amper, AlMg2 50 Amper dan Mo 100 Amper. Aplikasinya dalam kegiatan litbang cukup handal karena dengan arus listrik kurang dari 100 Amper Arc Furnace dapat mencairkan logam bertitik lebur tinggi hanya dalam waktu singkat kurang dari 100 detik.

Latar belakang
Proses mengubah logam padat menjadi logam cair yang umum dilakukan pada industri pengecoran adalah dengan memberikan panas pembakaran dari bahan bakar terhadap logam dalam suatu tungku sampai titik lebur logam tercapai. Penggolongan tungku peleburan untuk berbagai bahan struktur dikelompokkan berdasarkan ukuran, bahan konstruksi, bentuk/ model, mobilitas, laju peleburan, metode penuangan dan sebagainya. Tungku peleburan bahan struktur menurut sumber panasnya dibagi dalam 2 (dua) kelompok yaitu kelompok tungku peleburan dengan pembakaran api dan kelompok tungku peleburan dengan pembakaran listrik. Tungku peleburan dengan pembakaran listrik terbagi 3 (tiga) jenis yaitu Tungku Induksi, Tungku Resistance dan Tungku Busur listrik (Arc Furnace). Pada Tungku Induksi perolehan panas adalah karena adanya arus berputar yang mengalir melalui konduktor sehingga timbul suatu medan magnet. Arus medan magnet menembus logam, makin besar arus yang dialirkan makin besar pula panas yang dibangkitkan. Pada tungku Resistance, crusible sebagai cawan lebur dililit elemen pemanas yang dikenai arus listrik. Adanya pasokan arus yang tinggi menyebabkan kawat elemen panas membara dan logam yang berada didalam cawan menjadi leleh. Sedangkan pada Arc Furnace, peleburan logam terjadi akibat adanya arus pendek dari elektroda yang terpasang ditepi cawan lebur. Arc Furnace dalam hal ini adalah termasuk jenis Tungku Busur Listrik.
Arc Furnace biasanya digunakan untuk melelehkan logam-Iogam bahan struktur bertitik lebur tinggi. Besarnya arus busur Iistrik yang dibutuhkan setiap spesimen logam sangat bervariasi tergantung pada tinggi rendahnya derajat titik lebur masing-masing logam. Agar peleburan logam dengan arus busur Iistrik terlaksana secara efisien (hemat listrik), maka pada percobaan karakterisasi tersebut dilakukan metode trial and error yaitu masing-masing spesimen logam diberi pasokan arus rendah sampai tinggi sehingga dari setiap spesimen logam yang dilelehkan dapat ditetapkan kebutuhan arus Iistrik dalam batas optimum (tegangan Iistrik tidak berlebihan namun spesimen logam dapat meleleh dalam tempo relatif singkat).

Tujuan
Karakterisasi Arc Furnace dilakukan dengan tujuan untuk mengefisienkan pemakaian arus Iistrik, memahami karakteristik Arc Furnace yang berkaitan dengan kinerjanya.

Tata Kerja
1. Bahan percobaan
Bahan struktur yang digunakan untuk trial and error pencairan diantaranya adalah paduan Aluminium Magnesium (AlMg2), Molibdenum (Mo) dan Stainless Steel (SS-304).

2. Data Teknis Tungku
Model : 5SA Single Arc
Spesitikasi : Daya Iistrik 300 Amphere, 32 Volt (Welding current)
Air 1 g.p.m, Gas innert (Argon) 30 psig
Suhu busur Iistrik 3500 C.

3. Komponen tungku :
1. Power supply, terdapat pada Weld Machine
2. Selang air pendingin
3. Tabung dan saluran gas innert
4. Selang gas buang
5. Glass tube Weld chamber
6. Pompa vacum

4. Persiapan awal
Sebelum tungku dioperasikan, kondisi awal yang harus dipersiapkan terlebih dulu antara lain mencakup suplay media air pendingin bertekanan 40 sampai 50 psi (3,5 bar); gas argon dalam tabung yang memiliki kemurnian 99,99 % lengkap dengan regulatornya serta catudaya listrik dengan tegangan 380 V / 50 Hz 3 phase 40 A.

5. Instalasi
Langkah berikutnya adalah melakukan penyambungan (instal) bagian-bagian dari komonen utama tungku tersebut yang meliputi :
1. Menghubungkan kabel elektrode (bewama merah) dari output power supply ke terminal pada stringer (katoda) dan ke terminal pada chamber (anoda), kabel yang bertanda sama masing-masing disatukan (misal kabel sama-sama bertanda A).
2. Selang pompa vakum ditempatkan pada vacuum port pada chamber.
3. Regulator gas argon dihubungkan dengan inlet gas pada chamber.
4. Memastikan apakah semua kabel telah terhubung dengan benar.
5. Pastikan bahwa catudaya listrik dalam posisi OFF dan REMOTE.
6. Pastikan bahwa tombol pengatur pasokan daya Iistrik pada posisi MIN.
7. Pastikan bahwa katup tabung gas argon dan regulatomya pada posisi tertutup.
8. Sampel yang akan dilebur dimasukkan pada hearth lalu klem bagian bawah chamber dijepitkan dengan baik.
9. Katup vakum pada posisi ON dan hidupkan.

Arc0Gambar 1. Penampang ruang chamber tempat peleburan spesimen logam

6. Cara Kerja
Percobaan peleburan berbagai jenis material reaktor suhu tinggi, pelaksanaannya dimulai dengan menempatkan sampel pada ruang peleburan (electrode chamber), mengalirkan air pendingin, menghidupkan pompa vacum untuk mengosongkan udara diruang peleburan, mengalirkan gas argon ke ruang peleburan, menghidupkan catu daya listrik pada centorr furnace, mengatur besar arus yang diperlukan untuk masing-masing sampel, menyetir tungkai elektrode agar menyentuh sampel hingga sampel logam meleleh. Pada percobaan tersebut dilakukan pendataan besaran arus Iistrik (ampere) dan pengukuran durasi (lamanya) waktu pelaksanaan peleburan dalam satuan detik. Suhu peleburan tidak dapat diukur langsung mengingat chamber tertutup dan konstruksi Arc Furnace tidak memungkinkan masuknya probe termokopel. Sedangkan output air pendingin dari bejana peleburan diukur dalam setiap Iangkah peleburan.

Hasil dan Pembahasan
Percobaan peleburan yang dilakukan terhadap sampel logam paduan yaitu paduan AlMg2, Mo dan SS304 yang masing-masing memiliki perbedaan titik leleh, dengan memberikan variasi besaran arus listrik sebesar 50 Amper; 75 Amper, 85 Amper dan 100 Amper maka telah didapatkan data-data seperti pada tabel-1 sampai tabel-4 pada lampiran.

Arc1Gambar 2. Hubungan antara arus busur listrik terhadap durasi peleburan logam

Berdasarkan Gambar-2, yaitu hubungan antara arus busur listrik terhadap lamanya durasi peleburan, tampak bahwa dengan pasokan arus busur listrik yang tinggi menyebabkan terjadinya peningkatan rambat panas yang cepat dan titik cair logam cepat tercapai dalam waktu singkat. Oleh sebab itu makin tinggi pasokan arus listrik maka durasi peleburan makin singkat, begitupun sebaliknya.

Arc2Gambar 3. Hubungan antara arus busur listrik terhadap suhu output air pendingin

Berdasarkan Gambar-3, tampak bahwa makin tinggi pasokan arus listrik, makin tinggi pula suhu output air pendingin begitu pula sebaliknya. Pasokan arus listrik yang tinggi menyebabkan terjadi peningkatan temperatur di ruang chamber. Fungsi air pendingin adalah menyerap kelebihan panas pada dinding chamber agar chamber berbahan dasar Tembaga tersebut tidak ikut meleleh ketika terjadi kontak panas dengan sampel logam yang dilebur. Pasokan air pendingin dan laju aliran perlu diperhatikan agar keselamatan chamber lebih terjamin.

Arc3Gambar 4. Pengaruh massa spesimen logam terhadap durasi peleburan

Berdasarkan Gambar-4 untuk specimen logam SS304 dengan masa yang sama yaitu 8,5 gram, tampak bahwa pemberian arus berpengaruh sekali terhadap kecepatan waktu lebur. Pada pemberian arus rendah (75 Ampere) membutuhkan waktu lebur 60 detik dan makin tinggi arus (100 Ampere) peleburan hanya membutuhkan waktu 40 detik.
Konduktivitas Iistrik merupakan karakteristik khas logam karena logam memiliki elektron yang dapat bergerak oIeh adanya potensial Iistrik. Konduktivitas terjadi akibat pergerakan elektron-eiektron melalui kisi. Ketika potensial listrik tinggi elektron pada logam akan bergerak cepat, amplitudo getaran meningkat sehingga ikatan logam terlepas dalam hal ini logam mencair dengan cepat. Pergerakan ini meningkatkan energi sistem oleh karena perbedaan potensial listrik mempengaruhi kecepatan pergerakan elektron, dengan demikian dapat dipahami bahwa dengan pasokan arus tinggi maka durasi peleburan logam akan terjadi lebih cepat.

Kesimpulan
Perbedaan jumlah arus busur Iistrik dan waktu yang diperlukan Arc Furnace untuk melelehkan berbagai spesimen logam tergantung pada tinggi rendahnya titik lebur, besar kecilnya dimensi spesimen logam serta keterampilan teknisi pelaksana peleburan. Berdasarkan percobaan karakterisasi yang telah dilakukan diperoleh hasil bahwa untuk melelehkan logam SS-304 dibutuhkan arus busur listrik sebesar 85 Amper, AlMg2 50 Amper dan Mo 100 Amper. Aplikasinya dalam kegiatan litbang cukup handal karena dengan arus listrik kurang dari 100 Amper Arc Furnace dapat mencairkan logam bertitik lebur tinggi hanya dalam waktu singkat kurang dari 100 detik.

Pustaka
1.SINDON SUSANTO BE, “Peleburan Besi Tuang”, Proyek Pusat Pengembangan Industri Pengerjaan Logam, MIDC, Bandung, 1977
2.KW. VOHDIN Prof. DR. BASIR LATIEF, S. ZAIROEDDIN, “Mengolah Logam”, PT. Pradnya Paramita. Jakarta, 1978
3.KENJI OHJIWA Prof. DR, TATA SURDIA MS.Met.E.Ir, “Teknik Pengecoran Logam”. PT. Pradnya Paramita, Jakarta, 1980
4.DE ROSE, ALAN B, “Aluminum Casting Techologi”, American Found-rymen’s Society, Inc. Des Plaines, Illionis.

Lampiran

Tabel 1. Data hasil peleburan logam AlMg2; 660 C

ArcTabel1

Tabel 2. Data hasil peleburan logam SS304; 1535 C

ArcTabel2

Tabel 3. Data hasil peleburan logam Mo; 2620 C

ArcTabel3

Tabel 4. Data hasil peleburan SS304; 1535 C berdasarkan variasi arus dan massa spesimen

ArcTabel4

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *