3. BAB I PENDAHULUAN)
FURNACE
1. FurnaceFurnace / Tungku adalah sebuah peralatan yang digunakan untuk melelehkan logam untuk pembuatan bagian mesin (casting) atau untuk memanaskan bahan serta mengubah bentuknya (misalnya rolling/penggulungan,penempaan) atau merubah sifat-sifatnya (perlakuan panas).Karena gas buang dari bahan bakar berkontak langsung dengan bahan baku, maka jenis bahan bakar yang dipilih menjadi penting. Sebagai contoh,beberapa bahan tidak akan mentolelir sulfur dalam bahan bakar. Bahan bakar padat akan menghasilkan bahan partikulat yang akan mengganggu bahan baku yang ditempatkan didalam tungku. Untuk alasan ini: a) Hampir seluruh tungku menggunakan bahan bakar cair, bahan bakargas atau listrik sebagai masukan energinya. b) Tungku induksi dan busur/arc menggunakan listrik untuk melelehkan baja dan besi tuang. c) Tungku pelelehan untuk bahan baku bukan besi menggunakan bahan bakar minyak. d) Tungku yang dibakar dengan minyak bakar hampir seluruhnya menggunakan minyak tungku, terutama untuk pemanasan kembali danperlakuan panas bahan. e) Minyak diesel ringan (LDO) digunakan dalam tungku bila tidak dikehendaki adanya sulfur. 4. Furnace adalah sebuah perangkat yang digunakan untuk pemanasan,seperti ekstraksi logam dari bijih (peleburan) atau di kilang minyak dan pabrik kimia lainnya, misalnya sebagai sumber panas untuk pipa distilasi fraksional .Energi panas untuk bahan bakar furnace didapat dari pembakaran bahan bakar,melalui listrik seperti tungku busur listrik, atau melalui pemanasan dalam tungku induksi Induksi Seluruh tungku memiliki komponen-komponen seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 1 (Carbon Trust, 1993): a) Ruang refraktori dibangun dari bahan isolasi untuk menahan panas pada suhu operasi yang tinggi. b) Perapian untuk menyangga atau membawa baja, yang terdiri dari bahan refraktori yang didukung oleh sebuah bangunan baja, sebagian darinya didinginkan oleh air. c) Burners yang menggunakan bahan bakar cair atau gas digunakan untuk menaikan dan menjaga suhu dalam ruangan. Batubara atau listrik dapatdigunakan dalam pemanasan ulang/reheating tungku.
d) Cerobong digunakan untuk membuang gas buang pembakaran dariruangane) Pintu pengisian dan pengeluaran digunakan untuk pemuatan danpengeluaran muatan. Peralatan bongkar muat termasuk roller tables,conveyor, mesin pemuat dan pendorong tungku 5. 2. JENIS-JENIS TUNGKU, REFRAKTORI DAN ISOLASIBagian ini menerangkan jenis-jenis tungku, refraktori dan bahan isolasiyang digunakan dalam industri. Juga memberikan kriteria bagi pemilihanjenis refraktori untuk hasil yang optimal.2.1 Jenis-jenis tungkuTungku secara luas dibagi menjadi dua jenis berdasarkan metodapembangkitan panasnya: tungku pembakaran yang menggunakan bahanbakar, dan tungku listrik yang menggunakanlistrik. Tungku pembakarandapat digolongkan menjadi beberapa bagian seperti ditunjukkan dalamTabel 2: jenis bahan bakar yang digunakan, cara pemuatan bahan baku,cara perpindahan panasnya dan cara pemanfaatan kembali limbah 6. panasnya. Tetapi, dalam prakteknya tidak mungkin menggunakanpenggolongan ini sebab tungku dapat menggunakan berbagai jenis bahanbakar, cara pemuatan bahan ke tungku yang berbeda, dll.2.1.1 Tungku penempaanTungku penempaan digunakan untuk pemanasan awal bilet dan ingotuntuk mencapai suhu „tempa‟. Suhu tungku dicapai pada sekitar 1200sampai 1250 oC. Tungku penempaan menggunakan sistim perapianterbuka dan hampir seluruh panasnya ditransmisikan oleh radiasi.Bebannya biasanya adalah 5 sampai 6 ton dengan operasi tungku 16sampai 18 jam setiap harinya. Siklus operasi totalnya dapat dibagi menjadi(i) waktu pemanasan (ii) waktu perendaman dan (iii) waktu penempaan.Pemakaian bahan bakar yang spesifik tergantung pada jenis bahan danjumlah „pemanasan ulang/ reheat‟ yang diperlukan.2.1.2 Tungku re-rolling mill 7. a) Jenis batchTungku jenis kotak digunakan sebagai re-rolling mill jenis batch.Tungku ini terutama digunakan untuk pemanasan skrap, ingot dan biletkecil yang beratnya 2 sampai 20 kg untuk rerolling. Bahan dimasukkandan dikeluarkan secara manual dan hasil akhirnya berupa batang/rod,strips, dll. Suhu operasinya sekitar 1200 oC. Siklus waktunya dapatdikategorikan lebih lanjut menjadi waktu pemanasan dan waktu re-rolling. Keluaran rata-rata dari tungku-tungku ini bervariasi dari 180sampai 280 kg batubara/ton bahan yang dipanaskan.b) Jenis pusher kontinyuAliran proses dan siklus operasi jenis pusher kontinyu sama dengantungku jenis batch. Suhu operasinya sekitar 1250oC. Umumnya,tungku ini beropeasi selama 8 sampai 10 jam dengan keluaran hasil 20sampai 25 ton per hari. Bahan atau stok memanfaatkan kembalisebagian panasnya dalam gas buang ketika gas buang bergerak turunsepanjang tungku. Penyerapan panas oleh bahan dalam tungkutergolong lambat, tetap dan seragam diseluruh penampang dibandingdengan jenis batch.2.1.3 Tungku pemanasan ulang yang kontinyuDalam pemanasan ulang/ reheating yang kontinyu, stok baja membentukaliran bahan yang kontinyu dan dipanaskan sampai mencapai suhu yangdikehendaki ketika bahan ini berjalan melalui tungku. Suhu sebatang bajanaik antara 900°C dan 1250oC, sampai bahan ini cukup lunak untukdikempa atau digulung menjadi bentuk dan ukuran yang dikehendaki.Tungku juga harus memenuhi laju pemanasan stok yang spesifik
untukalasan metalurgi dan produktivitas. Untuk menjaga kehilangan energi padanilai minimum, pintu masukan dan keluaran harus berukuran minimal dandirancang untuk menghindari penyusupan udara. Tungku pemanasan 8. ulang/ reheating kontinyu dapat dikategorikan dengan dua metodapengangkutan bahan yang melalui tungku:a) Stok dijaga bersama membentuk aliran bahan yang didorong menujutungku. Tungku semacam ini disebut tungku jenis pusher (pendorong).b) Stok ditempatkan pada perap ian yang bergerak/ moving hearth ataustruktur penopang yangc) mengangkut baja menuju tungku. Tungkunya terdiri dari balokberjalan, perapian berjalan, tungku bogie dengan sirkulasi ulang yangkontinyu, dan tungku dengan perapian berputar (rotary hearth furnace). 9. 1. Muffle Furnace (Dapur Kotak)Muffle FurnaceME-11 merupakan tungku pemanas type RM indirectheating dengan satu heating chamber yang dilengkapi oleh dua buahtreatment muffle untuk proses kalsinasi dan reduksi. Untuk proses reduksisaat ini telah dimodifikasi karena adanya kelemahan bagian bagiantertentu dari sistem tungku yang harus ditambahkan untukmeningkatkanfaktor keamanan pengoperasian tungku. Diantaranya lemahnya sistempengaman gas buang, yang meliputi pembakaran gas H2 yang keluar daritungku, pemantau laju aliran gas buang dan saluran gas buang itu sendiriyang selalu terbuka. Selain itu konstruksi bagian dalam tungku yangberongga memungkinkan adanya udara terjebak harus menjadi perhatiankhusus mengingat operasi reduksi menggunakan gashidrogen. Tungku inidilengkapi dengan : sistim pendingin, sistim sirkulasi gas (H2dan N2),sistim pembakaran gas hidrogen otamatis (pilot burner), pemanas hingga1200oC, sistim kendali suhu dan sistim pengaman “interlock”2. Salt Bath Furnace 10. Salt Bath Furnace direkayasa untuk perlakuan panas dari segala jenislogam dengan tujuan pengerasan & quenching, anil, karburasi, pemanasanawal, dll tungku ini dipanaskan dengan listrik, minyak atau gas. Salt bathFurnace dapat diberikan sebagai satu unit atau garispengolahankomprehensif yang dapat sepenuhnya tertutup dengan semua ekstraksiasap dan fasilitas yang diperlukan penanganan mekanis.Cara Kerja Salt Bath FurnaceBath Salt sistem digunakan untuk layanan dalam berbagai pengolahantermal besi dan non-ferrous baik didinginkan udara atau air didinginkanelektroda dan desain transformator. Penempatan elektrodayang terendammemberikan suhu mandi yang lebih seragam dan gerakan garam oleh aruskonveksi alami. Jenis molybdenum memerlukan proses laku panas dengantungku kolam garam (salt bath furnace) untuk menghindari terjadinyaproses dekarburisasi. Tungku tersebut terdiri atas tiga bagian yaitu :a) Preheat salt berisi KCl dan NaCl pada temperatur 740 - 8750C2.b) High heat salt berisi BaCl pada temperatur 1150 -12000Cc) Quenching salt berisi CaCl2, KCl, NaCl pada temperature 550 - 6000CDalam high heat salt bath furnace BaCl2, teroksidasi menjadi BaO yangdihilangkan secara periodik (untuk mencegah terjadinya dekarburisasipada HSS) dengan menambahkan silika (menjadi Ba silicate yangterapung) atau menambahkan methychoride (menjadi
BaCl2, melepaskangas H2dan CO).Aplikasi berikut adalah aplikasi dari Salt Bath Furnace:• Pemanasan awal• Austenitizing• Martempering• Netral Pengerasan 11. • Alat Kecepatan Tinggi Pengerasan• Tempering nitriding• Carburizing• Nitriding• Pencairan• Percampuran3. Tempering Furnace HeatingMethod : Electric .Max. Temperature : 750 ºCControl : Digital / PID Temperature Control with /without Soak Timer 12. Gambar skema temper Furnace Tungku menempa direkayasa memberikanproduktivitas tinggi dan terus beroperasi pada suhu tempa yang biasanyatinggi. Dinding dan perapian dibangun sedemikian rupa sehingga tahanterhadap abrasi dan shock.Operasi ini dibuat aman untuk operator denganmenyediakan perisai berjajar disesuaikan refraktori. Perisai juga mencakupbahwa posisi slot tidak digunakan. Untuk melindungioperator lebih lanjuttirai udara disediakan antara perisai dan tungku untukmembawa kelebihanpanas pergi. Pembakar operasi juga aman.FiturBerikut adalah fitur daritungku menempa:a) Shell tungku yang dibuat dari tugas berat pelat baja dengan basis besistruktural miring.b) Lapisan tungku berkualitas tinggi.c) Isolasi ini dilengkapi dengan rendah zat besi bata api isolasi yangdidukung dengan batu bata api berkualitas tinggi. 13. d) Produktivitas yang tinggi sebagai kehilangan panas dicegah olehsistem insulasi.Aplikasi:- Pemanasan awal- Mematri- Carburizing- Carbonitriding- Anil dll4. Pit FurnacePit furnace adalah alat yang diterapkan untuk pemanasan berbagai logamatau paduan logam. Pit furnace tersedia dalam berbagai ukuran danmenggunakan gas atau bahan bakar. Pit furnace dapat beroperasi padaberbagai suhu dan dirancang sedemikian rupa sehingga kehilangan panasadalah minimum.Operasi yang aman, merupakan aspekpenting dari tungkuini karena kipas dan elemen pemanas yang terpisahdari ruang beban.Karena ini kerusakan dari kontak tidak disengaja untuk dihilangkan.Lapisan logam yang digunakan dalam ruang seluruh pekerjaan yangmemberikan daya tahan maksimum tungku.Berikut adalah fitur dari Pit Furnace :a) Pit furnace bisa menahan operasiterus-menerus.b) Beberapa lubang tungku memiliki plug dalam jenis pintu / retortpenutup. 14. c) Suhu didistribusikan merata.d) Untuk elemen kehidupan elemen pemanas lagi beroperasi padabebanpermukaan rendah.e) Tungku ini juga terisolasi dengan menggunakan batu bataberkualitastinggi / serat keramik untuk konservasi energi.f) Tungku lubang terbaru ini menggunakan kontrol suhu otomatisolehcontroller digital dengan aman back-up non-menunjukkankontroler.g) Operasi tungku aman karena penggunaan Interlocks keselamatan danperangkat perlindungan.h) Menggunakan motor fan dengan poros dan bilah dari bahan tahanpanas didinginkan dengan air bantalan sirkulasi udara yang dilakukan.i) Pit tungku jenis memiliki hermetis penyegelan yang sangat baik.Keuntungana) Tungku pit sangat produktif.b) Suhu didistribusikan merata.c) Operasi sangat sederhana.d) Pemeliharaan mudah dan biaya efektifAda berbagai jenis tungku lubang yang
digunakan:a) Elemen Pit Furnaceb) Listrik Pit Furnacec) Gas- Pit Furnaced) Retort listrik Pit Furnacee) Gas - Retort Pit Furnacef) Tungku nitriding Pitg) Tempering Pit FurnaceAplikasia) Gas carburizingb) Carbo nitriding 15. c) Nitriding5. MUFFLE FURNACEMuffle furnace adalah tungku dimana bahan subyek dan semua produkpembakaran termasuk gas dan abu terisolasi dari bahan bakar. Setelahpengembangan pemanas listrik temperatur tinggi dengan elemen danelektrifikasi yang berkembang di negara-negara maju, muffle furnacedengan cepat berubah ke listrik. Saat ini, muflle furnace biasanya berupasebuah front-loading kotak-jenis oven atau kiln untuk aplikasi suhu tinggiseperti kaca sekering, menciptakan lapisan enamel, keramik dan barangsolder dan mematri.Muffle furnace juga digunakan dalam banyak penelitian, misalnya olehahli kimia untuk menentukan berapa proporsi sampel yang mudah terbakardan non-volatile. jenis Vecstar, sekarang bisa menghasilkan kerja suhusampai 1800 derajat Celcius, yang memfasilitasi aplikasi metalurgi lebihcanggih.Muffle furnace yang panjang juga dapat digunakan untuk memanaskanbenda yang dibangun di banyak prinsip yang sama dengan jenis kiln kotaktersebut, bentuk tabung hampa panjang, lebar, dan tipis yang digunakandalam roll untuk menggulung proses manufaktur. Kedua furnace yangdisebutkan di atas biasanya dipanaskan sampai suhu yang diinginkanuntuk konduksi, konveksi, atau radiasi dan hambatan listrik dari elemen 16. pemanas. Oleh karena itu biasanya tidak ada pembakaran yang terlibatdalam kontrol suhu sistem, yang memungkinkan untuk kontrol jauh lebihbesar keseragaman suhu dan menjamin isolasi bahan yang dipanaskan dariproduk sampingan pembakaran bahan bakar.Sebuah muffle furnace, digunakan untuk anil, pengerasan, dan tempering;panas yang diperoleh dengan minyak.Prinsip kerja muffle furnacePrinsip kerja muffle furnace dalam tangki A, dan disimpan di bawahtekanan oleh pemompaan pada suatu interval dengan gagang kayu,sehingga bila katup B dibuka minyak yang menguap dengan lewat melaluikumparan pemanas di pintu masuk tungku, dan ketika dinyalakan akanmembakar api gas. Kemudian masuk ke dalam tungku C melalui dua luban,dan memutar di bawah D dan di meredam D, berdiri di slab clay tahan api.Pintu ini ditutup oleh dua blok clay tahan api di E. A suhu lebih dari 2000°F dapat diperoleh dalam tungku dari ruang ini, dan panas yang memang dibawah kendali yang sempurna.6. VACUUM FURNACEVacuum furnace adalah jenis furnace yang dapat memanaskan bahan,biasanya logam, pada temperatur sangat tinggi dan melaksanakan prosesseperti mematri, sintering dan perlakuan panas dengan konsistensi tinggidan kontaminasi rendah.Dalam sebuah vacuum furnace produk dalamtungku dikelilingi oleh ruang hampa. Tidak adanya udara atau gas lainnyamencegah perpindahan panas dengan produk melalui konveksi danmenghilangkan sumber kontaminasi.Beberapa manfaat dari vakum furnace adalah:A) Uniform dalam rentang temperatur 2000-2800 ° F (1100-1500 ° C)B) Suhu dapat dikontrol dalam area kecilC) Kontaminasi dari karbon oksigen dan gas-gas lain pada produk rendahD) Pendinginan produk cepat
17. E) Proses dapat dikendalikan komputer untuk memastikan berulangnyafasa dalam metalurgi.Pemanas logam untuk temperatur tinggi biasanya menyebabkan oksidasicepat, yang tidak diinginkan.Vakum furnace menghilangkan oksigen dan mencegah hal ini terjadi.Gasinert,seperti Argon, biasanya digunakan untuk mempercepat pendinginanlogam sampai kembali ke tingkat non-metalurgi (di bawah 400 ° F) setelahproses yang diinginkan dalam tungku. Gas inert dapat ditekan untuk duakali perlakuan atau lebih, kemudian mengalir melalui daerah zona panasuntuk mengambil panas sebelum melalui sebuah penukar panas untukmembuang panas. Proses ini diulang sampai suhu yang diinginkan tercapai.Penggunaan umum dari vakum furnace adalah untuk heat treatment bajapaduan. Banyak perlakuan panas yang dapat menggunakan vakum furnacemisalnya hardening dan tempering dari baja untuk menambah kekuatandan ketangguhan. Pengerasan melibatkan pemanasan baja ke suhu yangsudah ditentukan, kemudian didinginkan secara cepat.Vacuum furnace yang ideal untuk aplikasi mematri. Mematri merupakanproses perlakuan panas yang digunakan untuk menggabung dua atau lebihkomponen dasar logam dengan pelelehan lapisan tipis logam pengisidalam celah antara logam tersebut.Aplikasi lainnya dari vakum furnace adalah Vacuum karburasi, yang jugadikenal sebagai Tekanan Rendah karburasi atau LPC.Dalam proses ini, gas(seperti asetilen) dimasukkan dengan tekanan parsial ke zona panas padasuhu biasanya antara 1600F dan 1950F. Gas dimasukkan ke dalammolekul konstituen (dalam hal ini karbon dan hidrogen). karbon tersebutkemudian menyebar ke daerah permukaan logam. Hal ini biasanya diulangdalam berbagai durasi input gas dan waktu difusi. Setelah benda kerjasesuai dengan apa yang diinginkan kemudian diinduksi biasanya 18. menggunakan minyak atau gas bertekanan tinggi (HPGQ) berupa nitrogenatau helium kemudian diquenching dengan cepat. Proses ini juga dikenalsebagai pengerasan khusus.7. FLUIDIZED BED FURNACEFluidized-bed furnace adalah tungku berbentuk silinder atau persegi danterdiri sebuah tungku Panjang Dari Ruang dan Reaksi Ruang untukpenyediaan ledakan Udara atau distribusi gas ke perapian. Perapian, yangdirancang untuk menyediakan distribusi seragam ledakan di ataspenampang seluruh ruang reaksi, adalah sebuah kisi logam atau plat betondengan sebuah klep. Perapian, yang dirancang untuk mengatur distribusiledakan yang seragam di seluruh penampang ruang Reaksi tetappermanent, sebuah kisi logam atau plat bukaan yang terbuat dari betonatau teradang dibuat dari blok keramik berpori yang berupa butiran padattersuspensi oleh udara atau gas yang mengalir melalui grid danmembentuk fluidized bed di mana interaksi antara bahan padat dan gasberlangsung. Butiran padat tersuspensi dibuat dari udara atau gas yangmengalir membentuk grid di dalam fluidized bed di mana Interaksi antaraBahan berlangsung dalam bentuk padat dan gas. Produk jadi (misalnya,sinter) dibuang dari tungku melalui sebuah pintu di bagian atas darifluidized bed. Alat penukar panas dipasang di zona fluidized untukmelakukan pemanasan dalam bed selama proses eksotermik (pembakaran)atau untuk memasok panas ke fluidized bed selama proses endotermik(pengurangan).Tungku fluidized-bed Multichamber dengan beberapa bedfluidized sekuensial digunakan untuk proses yang melibatkan pengolahanbahan dalam beberapa langkah pada
berbagai suhu dan berbagaikomposisi fasa gas. Dibandingkan dengan furnace listrik jenis lain(misalnya, rotary kiln), di dalam fluidized-bed furnace gas dan bahan lebihefektif berinteraksi dan lebih seragam pada produk akhir, fluidized bed 19. furnace juga membuat seintensive mungkin dan otomatisasi prosesberlangsung di dalamnya.Proses proses yg dapat dilakukan di fluidized bed furnace adalah:a) Nitro Carburizingb) Carbonitridingc) Carburizingd) Gas Nidridinge) Annealingf) Normalising dan proses heat treatment lainnya dalam satu tungku.EFISIENSI ENERGI DALAM TUNGKU / FURNACEBagian ini menjelaskan berbagai peluang penghematan energi dalamtungku.Ukuran efisiensi energi untuk industri dengan tungku adalah:1. Pembakaran sempurna dengan udara berlebih yang minimum2. Distribusi panas yang benar3. Operasi pada suhu tungku yang optimum4. Menurunkan kehilangan panas dari bukaan tungku5. Mempertahankan jumlah draft tungku yang benar6. Penggunaan kapasitas yang optimum7. Pemanfaatan kembali limbah panas gas buang8. Kehilangan refraktori yang minimum9. Penggunaan lapisan keramik10. Pemilihan refraktori yang benar1) Pembakaran sempurna dengan udara berlebih yang minimalJumlah panas yag hilang dalam gas buang (kehilangan cerobong)tergantung pada jumlah udara berlebih. Untuk mencapai pembakaranbahan bakar yang sempurna dengan jumlah udara yang minimum, penting 20. untuk mengendalikan perembesan udara, mempertahankan tekanan udarapembakaran, kualitas bahan bakar dan memantau jumlah udara berlebih.Terlalu banyak udara berlebih akan menurunkan suhu nyala api, suhutungku dan laju pemanasan. Udara berlebih yang terlalu sedikit akanmengakibatkan kenaikan komponen yang tidak terbakar dalam gas-gasbuang yang diangkut melalui cerobong dan hal ini juga mengakibatkankehilangan kerak yang lebih banyak. Mengoptimalkan udara pembakaranmerupakan ukuran yang paling menarik dan ekonomis untuk penghematanenergi. Potensi penghematannya lebih tinggi jika suhu tungku tinggi.Perbandingan udara (= jumlah udara aktual /jumlah udara pembakaranteoritis) memberikan indikasi udara berlebih. Jika tungku pemanas ulangtidak dilengkapi dengan pengendali perbandingan udara/bahan bakarotomatis, maka perlu secara berkala untuk mengambil sampel gas dalamtungku dan mengukur kandungan oksigennya dengan alat analisis gas (gasanalyzer).2) Distribusi panas yang benarTungku harus dirancang untuk menjamin bahwa pada waktu tertentu, stokdipanaskan secara merata sampai suhu yang dikehendaki dengan jumlahbahan bakar yang minimum. Bilamana burner digunakan untuk membakartungku, hal berikut harus diyakinkan untuk distribusi panas yang benar:A) Nyala jangan tersentuh atau terhalangi oleh berbagai benda padat.Halangan menyebabkan partikel bahan bakar mengalami de-atomisasiyang mempengaruhi pembakaran dan menyebabkan asap hitam. Jikanyala mengenai stok maka kehilangan kerak akan meningkat.Jikanyala mengenai refraktori, produk dari pembaka ran tidak sempurnadapat mengendap dan bereaksi dengan unsur pokok refraktori padasuhu tinggi.B) Nyala api berbagai burner harus tetap tersendiri untuk masing- masingburner sebab penggabungan nyala api menyebabkan pembakaran yang
21. tidak sempurna. Sebaiknya penyalaan burners pada sisi yangberlawanan bergantian.C) Nyala burner cenderung berjalan bebas dalam ruang pembakaran tepatdiatas bahan. Untuk sehingga, sumbu aksis burner pada tungku keciltidak pernah diletakkan paralel dengan perapian akan tetapi selalumembentuk sudut keatas namun nyala tidak boleh mengahantam atap.D) Burner yang lebih besar akan menghasilkan nyala yang lebih panjang,dimana akan menyulitkan untuk mengisi muatan kedalam dindingtungku. Semakin banyak burner dengan kapasitas yang lebih kecilakan menjamin distribusi panas didalam tungku yang lebih baik danjuga meningkatkan umur tungku.E) Pada tungku yang kecil yang menggunakan minyak tungku, sebuahburner dengan nyala yang panjang dan berwarna kuning keemasanakan meningkatkan pemanasan ya ng seragam. Akan tetapi nyala tidakboleh terlalu panjang sebab panas akan hilang jika nyala mencapaicerobong atau pintu tungku.3) Operasi pada suhu tungku yang optimalPenting untuk mengoperasikan tungku pada suhu optimalnya. Suhuoperasi berbagai tungku diberikan dalam Tabel 10. Operasi pada suhuyang terlalu tinggi menyebabkan kehilangan panas, oksidasi berlebihan,de-karbonisasi dan tekanan pada refraktori. Pengendalian otomatisterhadap suhu tungku lebih disukai untuk mencegah kesalahan manusia.4) Mencegah kehilangan panas melalui bukaanPanas dapat hilang oleh radiasi langsung melalui bukaan tungku, sepertipemasukan, keluaran ekstraksi dan lubang pengintip pada dinding atau 22. langit- langit. Panas juga hilang dikarenakan perbedaan tekanan antarabagian dalam tungku dan lingkungan ambien yang mengakibatkan gaspembakaran merembes keluar melalui bukaan. Akan tetapi hampir seluruhpanas hilang jika udara di luar menyusup ke tungku, sebab disampingkehilangan panas penyusupan ini juga menyebabkan suhu jadi tidakseimbang dibagian dalam tungku dan stok dan bahkan dapatmenyebabkanteroksidasinya bilet.Oleh karena itu penting untuk menjaga bukaan sekecil mungkin danmengencangkannya. Cara efektif lainnya dalam mengurangi kehilanganpanas melalui bukaan tungku adalah dengan membuka pintu tungku lebihjarang dan untuk jangka waktu yang sesingkat5) Pengendalian draft tungkuJika terdapat tekanan negatif dibagian dalam tungku, udara dapatmerembes melalui retakan dan bukaan dan mempengaruhi pengendalianperbandingan udara-bahan bakar. Hal ini pada gilirannya dapatmenyebabkan logam tidak mencapai suhu yang dikehendaki atau suhunyatidak seragam, yang akan mempengaruhi proses berikutnya sepertipenempaan dan penggulungan/ rolling. Pemakaian bahan bakar dan lajupenolakan produk akan meningkat. Pengujian yang dilakukan terhadaptungku kedap udara menunjukan perembesan udara mencapai 40 persen.Untuk menghindari ini, tekanan yang sedikit positif harus dicapai dibagiandalam tungku. Akan tetapi perbedaan tekanan tidak boleh terlalu tinggisebab hal ini dapat menyebabkan eksfiltrasi. Sementara hal ini merupakanmasalah yang lebih kecil dari perembesan, eks-filtrasi masih dapatmenyebabkan nyala keluar dari tungku, pemanasan berlebihan terhadaprefraktori yang menyebabkan umur batu bata berkurang, meningkatkanperawatan tungku, dan membakar habis saluran-saluran dan peralatan.Oleh karena itu manajemen yang benar terhadap perbedaan tekanan
antarabagian dalam dan luar tungku penting untuk meminimalkan kehilanganpanas dan dampak yang merugikan pada produk. 23. 6) Penggunaan kapasitas optimumSalah satu faktor yang sangat penting yang mempengaruhi efisiensi tungkuadalah bebannya. Hal ini termasuk jumlah bahan yang ditempatkan dalamtungku, susunan bagian dalam tungku dan waktu tinggal dibagian dalamtungku.a) Beban optimalJika tungku diberi beban dimana bagian panas total tersedia yang akandiambil oleh beban ternyata lebih kecil maka akan menghasilkanefisiensi yang rendah. Pembebanan berlebih dapat mengakibatkanbeban tidak terpanasi dengan benar didalam jangka waktu yangdiberikan. Terdapat beban khusus dimana tungku akan beroperasi padaefisiensi maksimum, yakni dimana jumlah bahan bakar per kgbahannya merupakan yang terkecil. Beban ini biasanya didapatkandengan pencatatan berat bahan pada setiap pengisian, waktu yangterpakai untuk mencapai suhu yang benar, dan jumlah bahan bakaryang digunakan. Tungku harus diberi muatan pada beban yangoptimum sepanjang waktu, walaupun dalam prakteknya hal ini tidakselalu memungkinkan.b) Susunan beban yang optimalPemberian beban bahan ke perapian tungku harus disusun sehingga:- Bahan menerima jumlah radiasi maksimum dari permukaan panasruang pemana san dan Peralatan nyala.- Gas-gas panas disrikulasikan secara efisien disekitar permukaanbahan penerima panasStok tidak diletakkan dalam posisi berikut:a) Dalam lintasan langsung ke burner atau dimana pergeserannyala mungkin akan terjadib) Dalam area yang mungkin akan merintangi atau menghalangisistim buangan tungkuc) Dekat ke berbagai pintu bukaan dimana kemungkinan akanberkembang titik -titik dingin 24. c) Waktu tinggal beban yang optimumPemakaian bahan bakar dijaga pada nilai yang minimum dan kualitasproduknya yang terbaik jika beban hanya tinggal dibagian dalamtungku sampai beban ini memiliki sifat fisik dan metalurgi yangdikehendaki.Kadang-kadang jadwal pengisian dan produksi tidak berkesesuaiandengan kapasitas tungku.Jika hal ini merupakan kasus maka:- Beban lebih tinggi atau lebih rendah daripada beban optimum- Waktu tinggal lebih lama atau lebih pendek daripada waktu tinggalideal, Waktu tinggal yang berlebihan akan meningkatkan oksidasipermukaan bahan yang mengakibatlkan penolakan terhadap produk.Laju oksidasi tergantung pada waktu, suhu, dan juga kandunganoksigen bebasnya.- Suhu dinaikkan untuk memperpendek waktu tinggal. Semakintinggi suhu kerja maka makin tinggi pula kehilangan per unitwaktunya.Keseluruhan diatas merupakan pemborosan bahan bakar dankadangkala menurunkan kualitas produk. Oleh karena itu, pentinguntuk melakukan koordinasi antara operator tungku, personil produksidan perencanaan.Penggunaan tungku yang optimum dapat direncanakan pada tahapperancangan, dengan memilih jenis (batch, kontinyu) dan ukurannyayang paling cocok dengan jadwal produksi.Efisiensi keseluruhan untuk tungku jenis kontinyu akan meningkatdengan penguatan panas dari aliran limbah gas. Jika hanya digunakantungku jenis batch, perencanaan hati- hati terhadap beban adalahpenting. Tungku harus diisi ulang sesegera mungkin agar dapatmenggunakan panas dari residu tungku.
25. 7) Pemanfaatan kembali limbah panas dari gas buang tungkuDalam berbagai tungku industri, produk pembakaran meninggalkantungku pada suhu yang lebih tinggi dari suhu stok. Gas buang membawa35 sampai 55 persen panas yang masuk ke tungku melalui cerobong.Makin tinggi jumlah udara berlebih dan suhu gas buang, makin tinggi pulajumlah limbah panas yang tersedia. Walau demikian, tujuan utamanyaharus meminimalkan jumlah limbah panas yang dihasilkan melaluitindakan konservasi energi.Pemanfaatan kembali limbah panas harus dipertimbangkan hanya jikakonservasi energi lebih lanjut tidak memungkinkan. Limbah panas dalamgas buang dapat dimanfaatkan kembali untuk pemanasan awal muatan(stok, beban), pemanasan awal udara pembakaran atau untuk prosesproseslainnya sebagaimana dijelaskan dibawah ini:a) Pemanasan awal muatanBila bahan baku diberi pemanasan awal oleh gas buang sebelumditempatkan dalam tungku pemanasan, jumlah bahan bakar yangdiperlukan untuk memanaskan bahan baku tersebut dalam tungku jadiberkurang. Dikarenakan bahan baku biasanya berada pada suhu kamar,maka bahan tersebut dapat dipanaskan secara berkecukupan denganmenggunakan gas buang bersuhu tinggi untuk mengurangi lajupemakaian bahan bakar.b) Pemanasan awal udara pembakaranTelah sekian lama, gas bahan bakar hanya digunakan untuk pemanasanawal udara pembakaran untuk boiler yang besar, tungku pemanaslogam dan kiln suhu tinggi. Namun saat ini pemanasan awal denganmenggunakan panas dari gas buang juga digunakan terhadap boileryang kompak dan tungku industri yang kompak. Berbagai macamperalatan tersedia untuk memanfaatkan kembali limbah panas.Rekuperator eksternal merupakan yang paling umum, namun teknikyang lain juga digunakan seperti burner dengan penguatan sendiri.Contoh, sebuah rekuperator modern yang menggunakan gas keluarandari tungku bersuhu 1000°C dapat memanaskan awal udara 26. pembakaran sampai lebih 500 oC, yang menghasilkan penghematanenergi sampai 30 persen dibanding dengan menggunakan udarapembakaran yang dingin menuju tungku.Dikarenakan volum udara pembakaran meningkat bila udara diberipemanasan awal, maka perlu untuk mempertimbangkan hal ini bilamelakukan modifikasi diameter saluran udara dan blower.8) Pemilihan refraktoriPemilihan refraktori bertujuan untuk memaksimalkan kinerja tungku, kilnatau boiler. Pabrik pembuat tungku atau pengguna harusmempertimbangkan hal-hal berikut dalam pemilihan refraktori:a) Jenis tungkub) Jenis muatan logamnyac) Keberadaan terak/slagd) Area penggunaane) Suhu kerjaf) Tingkat abrasi dan dampaknyag) Beban struktur tungkuh) Tekanan karena tingginya suhu pada struktur dan fluktuasi suhui) Kesesuaian bahan kimia terhadap lingkungan tungkuj) Perpindahan panas dan konservasi bahan bakark) Pertimbangan biaya 27. BOILERBoiler merupakan suatu peralatan yang digunakan untuk menghasilkansteam (uap) dalam berbagai keperluan. Air di dalam boiler dipanaskan oleh panasdari hasil pembakaran bahan bakar (sumber panas lainnya) sehingga terjadiperpindahan panas dari sumber panas tersebut ke air yang mengakibatkan airtersebut menjadi panas atau berubah wujud menjadi uap. Air yang lebih panasmemiliki berat jenis yang lebih rendah dibanding dengan air yang
lebih dingin,sehingga terjadi perubahan berat jenis air di dalam boiler. Air yang memiliki beratjenis yang lebih kecil akan naik, dan sebaliknya air yang memiliki berat jenis yanglebih tinggi akan turun ke dasar. (Djokosetyardjo,,M.J.1990)Sistem boiler terdiri dari: sistem air umpan, sistem steam dan sistem bahanbakar. Sistem air umpan menyediakan air untuk boiler secara otomatis sesuaidengan kebutuhan steam. Berbagai kran disediakan untuk keperluan perawatandan perbaikan.Sistem steam mengumpulkan dan mengontrol produksi steam dalam boiler.Steam dialirkan melalui sistem pemipaan ke titik pengguna. Pada keseluruhansistem, tekanan steam diatur menggunakan kran dan dipantau dengan alatpemantau tekanan.Sistem bahan bakar adalah semua peralatan yang digunakan untukmenyediakan bahan bakar untuk menghasilkan panas yang dibutuhkan. Peralatanyang diperlukan pada sistem bahan bakar tergantung pada jenis bahan bakar yangdigunakan pada sistem.Boiler atau ketel uap harus mempunyai persyaratan sebagai berikut:a) Dapat menghasilkan uap dengan berat tertentu dalam waktu tertentupula, dan tekanannya lebih besar dari satu atmosfer.b) Kadar air yang di hasilkan pada uap panas harus sedikit mungkit.c) Kalau memakai alat pemanas lanjut uap, maka suhu uap padapemakaian uap yang terakhir tidak berubah terlalu banyak.d) Uap harus di bentuk dengan jumblah bahan bakar sehemat mungkin.e) Jika pemakaian uap berubah-ubah, maka tekanan uap tidak bolehberubah banyak. 28. Jenis-jenis boiler :I) Berdasarkan bahanJenis boiler berdasarkan bahan bakar dapat dikelompokkan menjadi :a) Boiler bahan bakar padatb) Boiler bahan bakar cairc) Boiler bahan bakar gasII) Berdasarkan posisi air dan gas panasJenis boiler berdasarkan posisi air dan gas panas dapat diklasifikasikansebagai berikut:a) Boiler pipa air ( water tube )b) Boiler pipa api ( fire tube )c) Boiler kombinasiIII) Berdasarkan tekananJenis boiler berdasarkan tekanan dapat dibagi menjadi :a) Boiler tekanan rendahb) Boiler tekanan sedangc) Boiler tekanan tinggiIV) Berdasarkan sirkulasiJenis boiler berdasarkan sirkulasi air dapat dibagi atas :a) Boiler sirkulasi alamib) Boiler sirkulasi paksa 29. Jenis-Jenis BoilerBerdasarkan Type Pipa Boiler dibagi menjadi 2, yaitu:1) Fire Tube BoilerFire Tube BoilerTerdiri dari tangki air yang dilubangi dan dilalui pipapipa,dimana gas panasyang mengalir pada tanki tersebut digunakan untukmemanaskan air di tanki. Airyang dipanaskan menhasilkan uap panas yangdapat digunakan untuk memanaskan air di kamar mandi ataupun laundry.Fire tube boilers biasanyadigunakan untuk kapasitas steam yang relativekecil dengan tekanan steamrendah sampai sedang. Sebagai pedoman, firetube boilers kompetitif untuk kecepatan steam sampai 12.000 kg/jamdengan tekanan sampai 18 kg/cm2. Firetube boilers dapat menggunakanbahan bakar minyak bakar, gas dalam operasinya. 30. 2) Water Tube BoilerWater tube boiler adalah jenis boiler dimana airumpan boiler mengalirmelalui pipa-pipa masuk kedalam drum. Air yang tersirkulasi dipanaskanoleh gas pembakar membentuk steam pada daerah uap dalam drum.Boiler ini dipilih jika kebutuhan s team dan tekanan steam sangat
tinggiseperti pada kasus boiler untuk pembangkit tenaga. Water tube boileryang sangat modern dirancang dengan kapasitas steam antara 4.500 –12.000 kg/jam, dengan tekanan sangat tinggi. Banyak water tube boilersyang dikonstruksi secara paket jika digunakan bahan bakar minyak bakardan gas. Untuk water tube yang menggunakan bahan bakar padat, tidakumum dirancang secara paket.Karakteristik water tube boilers sebagai berikut:a) Forced, induced dan balanced draft membantu untuk meningkatkanefisiensi pembakaran.b) Kurang toleran terhadap kualitas air yang dihasilkan dari plantpengolahan air.c) Memungkinkan untuk tingkat efisiensi panas yang lebih tinggi.Gambar 2. Diagram Sederhana Water Tube Boiler 31. Steam BoilerSteam boiler adalah bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkanke air sampai terbentuk air panas atau steam. Air panas atau steam padatekanan tertentu kemudian digunakan untuk mengalirkan panas ke suatuprosesSistem Steam BoilerAir yang disuplai keboiler untuk dirubah kesteam disebut air umpan. Duasumber air umpan adalah :a) Kondensat atau steam yang mengembun kembali dari prosesb) Air makeup (air baku yang sudah diolah) yang harus diumpan dari luarruang boiler dari plant sistem. Untuk mendapatkan efesiensi boileryang lebih tinggi, digunakan economizer untuk memanaskan awal airumpan menggunakan limbah panas pada gas buang.Gambar 3. Contoh diagram steam boiler 32. Keterangan gambar :Air umpan sebelum masuk ke steam boiler(1), untuk meningkatkan efisiensi boiler air umpan tersebut dipanasi terlebihdahulu melalui economizer(5), dengan bantuan circulating pump (4). Setelah temperature air umpanmeningkat, air dari economizer masuk ke steam boiler untuk diproduksisehingga menghasilkan steam ,yang mana steam tersebut akan didistribusikan keberbagai keperluan dalam menunjang operasional kapal. Dari steam boiler uaptersebut menuju daerator (2), Setelah itu melewati dump condenser. Dari dumpcondenser masuk ke system ,diantaranya to supply module (SULZER) ,to tracingpipeline ,bahan bakar HFO dan lain sebagainya. Uap jenuh hasil kerja darideaerating ditampung di expansion tank (3)Komponen Steam BoilerPada gambar diatas, terdapat beberapa komponen seperti :• Steam boiler. Merupakan alat yang digunakan untuk memberi panas padafluida (air)• Deaerator. Merupakan alat yang digunakan untuk memisahkan uapdengan fluidanya.• Expansion tank. Merupakan tanki yang berfungsiuntuk menampung uapjenuh yang berasal dari kerja deaerator.• Circulating pump. Pompa yang digunakan untuk mensirkulasi fluida yangberasal dari proses menuju steam boiler.• Economizer. Alat ini digunakan supaya steam boiler lebih efesien dimanafluida yang akan masuk ke steam boiler akan dipanaskan terlebih dahulu. 33. 4) Thermal Oil BoilerThermal oil boiler adalah boilrt yang menggunakan fluida pemanassejenis minyak khusus sebagai pembawa panas, dimana minyak tersebutdipanaskan di boiler kemudian disirkulasikan ke sistem.Sistem thermal oil boilerOil thermal yang bertindak sebagai pembawa panas,dipanaskan dalampemanas dan disirkulasikan ke peralatan pengguna. Disini
fluidamemindahkan panas untuk proses melalui penukar panas yang kemudianfluidanya dikembalikan ke pemanas. Aliran fluida thermal pada ujungpemakai dikendalikan oleh katup pengendali yang dioperasikan secarapneumatis,berdasarkan suhu operasi. Pemanas beroperasi padapembakaran bahan bakar pada burner yang tinggi atau rendah tergantungpada suhu minyak yang kembali yang bervariasi tergantung beban system.Pada thermal oil boiler tekanan yang dibutuhkan sekitar 1 bar,mampumemanaskan fluida sekitar 300 °CGambar 6.diagram thermal oil boiler AALBORG 34. Keuntungan dan Kerugian Thermal OilBoiler & Steam boilerPada setiap peralatan seperti thermal oil boiler dan steam boiler jikadibandingkan ada beberapa keuntungan dan kerugian diantaranyaeffisiensi, lisensi operator, korosi dan maintenance.A) EffisiensiThermal oil boiler memliki effisiensi lebihbesar dibanding steamboiler, bahkan bisa mencapai 5% - 8% lebih besar dari pada steamboiler. Thermal oil tidak membutuhkan water streatment sepertisteam boiler sehingga tidak terjadi losses seperti steam boiler yangmemiiliki beberapa losses pada steam sistem seperti blowdownlosses sampai 5%, Evaporation losses 1% dan sebagainya. Padathermal oil boiler hampir tidak ada losses.Tabel 1. Efiisiensi steam boiler dan thermal oil BoilerB) Lisensi OperatorDibeberapa negara hukum, undang – undang nya memintaoperator boiler mempunyai lisensi untuk mengawasi operasi highpressure fired steam system. Cost tahunan per orang bisa lebih dari$60.000, kalau dikurskan dalam rupiah sebesar Rp 600.000.000,00pertahun dengan asumsi 1$ = Rp 10.000,00. sedangkanpadathermal oil system jarang yang meminta lisensi operator. 35. PENGOPERASIAN BOILERa) Persiapan Pengoperasian.Yakinkan bahwa alat-alat di bawah ini telah dilakukan pengecekansebelum pengoperasian boiler dilakukan.1) Water Level Gauge atau Petunjuk Level AirDrain cock harus ditutup penuh juga gauge cock bagian atasdan bawah dari petunjuk level air, yakinkan bahwa level airyang diinginkan dari drum boiler dapat diindikasi oleh petunjuklevel air. Bagaimanapun juga petunjuk level air menunjukkanbahwa level air tidak boleh berada di bawah dari level air yangaman di saat terjadi perubahan naik turunnya level air secaraberkala terhadap kenaikan suhu air pada boiler.2) Pressure Gauge atau Penunjuk Tekanan.Yakinkan Drain Cock terbuka penuh dan jarum menunjukkanangka nol. Petunjuk tekanan ditempatkan dibawah sehinggamudah untuk dilihat.3) Blow Off Valve atau Kran Blow Down.Yakinkan kran tengah dan kran blow down di kapal tertutuppenuh. Segera lakukan tindakan yang perlu dilakukan jika adakebocoran pada sistem ini.4) Water Feed Valve atau Kran Air Pengisian.Jaga kran stop air pengisian selalu terbuka untuk menambah airtiap saat guna level air dapat terkontrol. Tutup kran pengecekair pengisian agar tidak ada penambahan dalam pemakaiankapasitas air pengisian yang berlebihan.5) Steam Stop Valve atau Kran Stop Uap.Dengan membuka atau menutup pengendali kran ini, yakinkanbahwa kran tertutup penuh. 36. 6) Safety Valve atau Kran Keamanan.Yakinkan tidak ada kesalahan yang terjadi dalam membukakran pembagi secara manual (The Manual Valve
OpeningDevice) dan juga pipa drain pada body di buka.7) Air Vent. Valve atau Kran Ventilasi Udara.Buka kran ventilasi udara secara penuh ketika steam pertamakali dialirkan, dan tutup kembali setelah itu udara yang masukke dalam boiler dibuang. Other Unit atau Unit Lainnya.Hindarikesalahan selama pengoperasian, cek unit lainnya secara telitidan cermat. 37. Sumber :http://sumberkita.com/sistem-kerja-blastfurnace/http://mylifediode.blogspot.com/2011/12/makalahboiler.htmlhttp://suntzu2107.wordpress.com/2011/01/25/boiler-chemicaltreatment/http://rakhman.net/2013/03/prinsip-kerjaboiler.htmlhttp://mylifediode.blogspot.com/2011/12/makalahboiler.htmlhttp://tugas2kuliah.wordpress.com/2011/11/29/pengoperasian-boilerserta-caraperawatannya/http://laporankulia.blogspot.com/2012/07/boiler.htmlhttp://www.scr ibd.com/doc/90754197/Furnacehttp://energy-3b.blogspot.com/2009/10/electricarc-furnace-eaf.html
