PROSES MOULD COOLING SYSTEM DI PABRIK SLAB BAJA 2 PT KRAKATAU STEEL CILEGON Oleh Eka Fitriyadi (L2F005531) Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Abstrak Industri baja merupakan industri yang sangat penting di dunia. PT Krakatau Steel merupakan industri baja terpadu pertama dan terbesar di Indonesia. PT Krakatau Steel memproduksi berbagai macam produk dari baja, diantaranya adalah slab steel (baja berbentuk kasur) yang diproduksi oleh Slab Steel Plant (SSP). SSP 2 dibangun tahun 1993 untuk menjawab permintaan pasar akan peningkatan kuantitas dan kualitas produk baja. Continuous Casting Machine (CCM) merupakan mesin pencetak baja di SSP 2. Mould Cooling System (pendinginan mould) merupakan salah satu teknologi proses yang dilakukan di CCM. Proses Mould Cooling System dilakukan dengan sistem pendingin aliran air secara tertutup. Proses ini bertujuan untuk menghindari break out (cacatnya slab baja saat pencetakan) dan mendapatkan tingkat kemampatan baja yang sesuai. Pengendalian proses Mould Cooling System dikendalikan oleh kendali PI (Proporsional Integral) dari PLC ABB Masterpiece 200/1. Kata kunci : mould, proses, mould cooling system, kendali PI, PLC ABB Masterpiece 200/1.
2. Mengetahui prinsip kerja sistem kendali dan PLC dalam proses pengendalian proses. 3. Mengetahui prinsip kerja dari proses Mould Cooling System.
I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pelaksanaan pendidikan perguruan tinggi dewasa ini telah menuntut mahasiswa agar dapat menyesuaikan diri dengan perkembangan dan kemajuan teknologi serta perindustrian yang ada. Oleh karena itu, mahasiswa diharapkan mempunyai keterampilan dan kemampuan aplikatif terhadap dunia nyata khususnya yang berkaitan dengan disiplin ilmu yang ditekuninya. Ketatnya persaingan dunia kerja di era pasar bebas dewasa ini menuntut mahasiswa untuk lebih kreatif dan inovatif. Dalam menghadapi tantangan tersebut mahasiswa perlu dikenalkan pada dunia kerja agar mereka bisa mengaplikasikan ilmu yang dipelajari saat kuliah pada dunia kerja yang sebenarnya. Untuk kepentingan ini mahasiswa diwajibkan mengikuti praktek kerja yang dijadikan sebagai sarana pengenalan dunia kerja karena kebanyakan mahasiswa lebih menguasai teori, sedangkan penerapan pada dunia kerja sangat minim. Kerja Praktek dilaksanakan di PT. Krakatau Steel tepatnya di Workshop Instrumen & Komputer, Divisi Perawatan Pabrik Pengolahan Baja (P3B) pada Pabrik Slab Baja 2 atau yang lebih dikenal dengan pabrik Slab Steel Plant (SSP) 2.
1.3 Pembatasan Masalah Pada laporan Kerja Praktek ini hanya akan membahas proses mould cooling system di Pabrik Slab Baja 2 PT Krakatau Steel Cilegon secara umum. II. DASAR TEORI 2.1 Unit-Unit Produksi di PT Krakatau Steel PT. Krakatau Steel yang merupakan pabrik besi baja terbesar di Indonesia yang menghasilkan baja dengan berbagai variasi jenis dan ukuran dengan proses pengolahan yang beraneka ragam. Ada enam pabrik yang terintegrasi di PT Krakatau Steel yang menjadi satu kesatuan dalam menghasilkan produk. Alur produksi baja di PT Krakatau Steel ditunjukkan pada Gambar 1.
1.2 Tujuan Penulisan Adapun tujuan dari penulisan makalah kerja praktek ini adalah: 1. Mengetahui proses produksi pada pabrik SSP (Slab Steel Plant) 2 PT. Krakatau Steel Cilegon.
Gambar 1 Alur produksi baja di PT. Krakatau Steel.
1
Bahan baku utama pabrik billet baja adalah sponge iron yang dihasilkan oleh pabrik besi spons. Pabrik billet baja mempunyai kapasitas produksi lebih dari 675.000 ton baja per tahun.
2.1.1
Pabrik Besi Spons (Direct Reduction Plant) Pabrik besi spons mereduksi langsung bahan baku biji besi (pellet) menjadi besi spons (sponge iron) yang nantinya akan menjadi bahan baku bagi pabrik lainnya, yaitu Slab Steel Plant (SSP) dan Billet Steel Plant (BSP). Pabrik besi spons terdiri dari dua unit pabrik yaitu Hyl I dan Hyl II yang masing–masing berkapasitas 1.000.000 ton per tahun. Selain itu pula, terdapat satu unit pabrik lagi yaitu Hyl III (fluidized) dengan kapasitas 2x 670.000 ton. Pabrik besi spons mulai berproduksi pada tahun 1978, terdiri dari 4 buah module, setiap module terdiri dari 4 buah reaktor, kapasitas setiap reaktor 300 ton setiap sekali pengisian. Urutan proses pada DR Plant adalah : Pengisian ( Charging ). Pendinginan sampai 60 % ( Cooling ). o Reduksi primary ( 1000 C ) . o Reduksi Secondary ( 1000 C ). Pengeluaran ( Discharging ). Unit ini menggunakan proses reduksi langsung dengan menggunakan gas alam yang diproses dengan gas remormer menjadi gas reduksi sebelum direaksikan dengan bijih besi.
2.1.3 Pabrik Slab Baja (Slab Steel Plant) Pabrik Slab Baja PT. Krakatau Steel mulai berproduksi tahun 1983. Pabrik ini menggunakan besi spons sebagai bahan bakunya untuk dijadikan slab, baja berbentuk kasur atau lembaran. Selain itu juga memanfatkan baja reject hasil proses dari pabrik baja lembaran panas (HSM), pabrik baja lembaran dingin (CRM) dan pabrik kawat baja (WRM). Pabrik Slab Baja (Slab Steel Plant) terdiri dari 2 (dua) buah pabrik yaitu: SSP-1 dibangun tahun 1983 yang menerapkan teknologi MAN GHH dari Jerman dan memiliki kapasitas produksi sebesar 1.000.000 ton per tahun. SSP-2 dibangun tahun 1993 yang dilengkapi dengan teknologi VAI dari Austria dan memiliki kapasitas produksi sebesar 800.000 ton per tahun. Fasilitas produksi yang dimiliki oleh kedua pabrik tersebut adalah sebagai berikut: a. Electric Arc Furnace Electric Arc Furnace menghasilkan baja cair dari bahan baku berupa besi spons (sponge iron), iron scrap dan kapur (lime) untuk mengontrol kandungan fosfor dan sulfur. b. Ladle Furnace Aktivitas utama di dalam ladle furnace adalah: • Menurunkan kandungan oksigen dalam baja dengan menggunakan aluminium. • Homogenisasi temperatur dan komposisi kimia dengan bubbling Argon. • Menambahkan alloy untuk mendapatkan spesifikasi yang diinginkan. c. RH-Vacuum Degassing RH-degasser diperlukan untuk memenuhi permintaan produk baja high-grade dari konsumen. d. Continuous Casting Machine Baja slab diperoleh dari proses pencetakan kontinyu (continuous casting) dimana perlindungan menggunakan gas argon diperlukan antara ladle dan tundish. Ukuran slab yang dihasilkan mempunyai ketebalan 200 mm, lebar 800-2.080 mm dan panjang maksimum 12.000 mm.
2.1.2 Pabrik Billet Baja (Billet Steel Plant) Pabrik Billet Baja menghasilkan baja batangan dengan bahan baku utama adalah : Besi Spons ( Sponge Iron ) yang dihasilkan oleh pabrik besi spons. Scrap, yaitu besi yang dibuang dari proses pemotongan-pemotongan yang dilakukan oleh pabrik pengerolan baja lembaran panas, pabrik pengerollan baja lembaran dingin dan pabrik pengerolan kawat baja. HB 1, CB 1, Pig Iron Scull. Hot Briquetted Iron. Cold Briquetted Iron. Bahan baku pembantu yaitu batu kapur. Semua bahan baku dilebur dalam dapur listrik lalu dicetak dengan continuous casting. Pabrik Billet Baja menghasilkan produk dengan ukuran : Penampang : 100 x 100 mm, 110x110 mm, dan 120 x 120 mm. Panjang : 6 m, 10 m dan 12 m. Spesifikasi standar S11 0412 – 1981. Proses pengolahan billet baja ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 2 Proses Pengolahan billet baja.
2
Proses produksi di kedua pabrik SSP ditunjukkan pada Gambar 3.
Produk disediakan dalam bentuk gulungan dengan spesifikasi menurut standar SII 0242 – 1984 dan JIS 3505. Bahan baku utama pabrik ini adalah billet baja yang dihasilkan oleh pabrik billet baja. Kapasitas pabrik batang kawat adalah 220.000 ton per tahun. 2.1.5
Pabrik Baja Lembaran Panas (Hot Strip Mill) Pabrik ini memproduksi baja lembaran dengan cara pengerolan panas, berkapasitas 1.000.000 ton per tahun, dengan bahan baku utama dari slab baja. Proses pengolahan baja lembaran panas ditunjukkan pada Gambar 5. Contoh produksinya ditunjukkan pada Gambar 6.
Gambar 3 Proses produksi Baja Slab.
Pabrik baja slab menghasilkan baja slab dengan ukuran : Tebal 150 - 200 mm. Lebar 950 – 2.080 mm. Panjang: Length group I : 4.500 – 6.000 mm, Length group II : 6.700 - 8.600 mm, Length group III : 8.600 – 10.500 mm, Length group IV : 10.500 – 12.000 mm. Berat maksimum 30 ton. 2.1.4 Pabrik Batang Kawat (Wire Rod Plant) Prabik ini memproduksi batang kawat dengan bahan utama dari billet baja. Proses produksi batang kawat baja ditunjukkan pada Gambar 4.
Gambar 5 Proses pengolahan baja lembaran panas.
Spesifikasi produk yang dihasilkan HSM adalah: a. Coil , dengan spesifikasi ukuran : Ketebalan : 1,8 – 25 mm. Lebar : 600 – 2.080 mm. Diameter ( inner ) : 760 mm. Diameter ( outer ) : 2.200 mm. Berat : 5 – 30 ton. b. Plate, dengan spesifikasi ukuran : Ketebalan : 6 - 25 mm. Lebar : 600 – 2.080 mm. Panjang : 1.500 – 12.000 mm. Berat Max. : 7,5 ton.
Gambar 4 Proses Produksi baja kawat.
Pabrik ini mulai beroperasi pada tahun 1979, dengan produk yang dihasilkan antara lain : Batang kawat karbon rendah. Batang kawat untuk elektroda las. Batang kawat untuk membuat mur – baut, paku. Pabrik batang kawat menghasilkan batang kawat dengan : Penampang 110 x 110 mm. Diameter 5,5 – 14 mm. Panjang 10 m. Berat 900 kg.
Gambar 6 Produk Hot Rolled Coil dan Hot Rolled Plate.
c. Sheet, dengan spesifikasi ukuran : Ketebalan : 2 - 6 mm. Lebar : 600 – 2.080 mm. Panjang : 1000 – 6.000 mm.
3
2.2 PLC ABB Masterpiece 200/1 PLC ABB Masterpiece 200/1 merupakan salah satu PLC produk ABB yang digunakan di PT Krakatau Steel khususnya di SSP 2. PLC ini secara luas digunakan sebagai PLC utama di SSP 2. PLC ini mengontrol dan mengomputerasikan seluruh proses produksi baja di SSP 2, meskipun ada PLC jenis lain seperti SIMATIC S5 dan Interstop tetapi hanya digunakan untuk otomatisasi dan komputerisasi pada beberapa instrument tertentu. Misalnya PLC Interstop yang hanya digunakan pada pengontrolan instrument EMLI di CCM. ABB Masterpice merupakan sistem berbasis komputer dalam proses kontrol industri. Sistem ini menyediakan sistem program bahasa komputer dan membantu dalam fungsi proses. Bahasa komputer berdasarkan Control System Flowchart (CSF) di dalam software penerapan fungsi logika digunakan dalam Masterpiece ini. ABB Masterpiece terdiri dari Masterpiece 90, 100 maupun 200. PLC ABB yang digunakan di dalam SSP 2 merupakan type 200/1 dari keluarga Masterpiece seperti ditunjukkan pada Gambar 7.
berdasarkan ukuran, jenis data, jumlah input dan ouput serta lain-lainnya. Pada CPU terdapat simbol. Biasanya, fungsi bagian pemanggil dipanggil dengan bagian dari simbol tersebut. Untuk fungsi tertentu, seperti AND dan OR namanya telah dipanggil dengan sebuah simbol. Fungsi mempunyai terminal sinyal kontrol untuk sinyal dalam bagian terpisah dari sesuai simbol tersebut. Masukan dan keluaran dengan jenis yang sama dapat dihubungkan dalam pemrograman. Misal keluaran data jenis I dihubungkan dengan masukan jenis R, sebuah kode pengkonversi CONV (I, R) dipakai dalam bagian data. Beberapa sistem produk Masterpiece biasanya mempunyai Library yang memiliki jumlah tertera sesuai dengan bagian CPU. Pemrograman dengan komputer dapat dilakukan pada PLC ABB Masterpiece 200/1. Ketika pemrograman komputer dilakukan untuk sebuah sistem kontrol, satu pilihan dari library termasuk di dalam draft diagram CPU. Bagian yang terhubung dengan diagram menggambarkan pertukaran antara data keduanya. Informasi dari draft program CPU digunakan untuk memasukkan program CPU dalam source code sistem. Source code tersebut diterjemahkan dalam program menjadi kode obyek yang menjadi sistem tujuan. Sistem tujuan merupakan tujuan dari pengontrolan menggunakan PLC itu sendiri. Sistem tujuan akan terhubung ke perangkat luar melalui antarmuka I/O yang akan memberikan instruksi untuk dijalankan perangkat luar.
Gambar 7 PLC ABB Masterpiece 200/1.
2.3 Kendali PI PLC ABB Masterpiece 200/1 Pengontrolan PI dengan PLC ABB Masterpiece 200/1 dilakukan secara langsung dengan menggunakan perintah fungsi PI kontroller yang dapat diinstruksikan langsung dari programmernya. Fungsi PI tersebut ditunjukkan pada Gambar 8.
Bagian CPU sebagai pemroses utama dari unit bahasa pemrograman. Beberapa bagian terdiri dari fungsi lengkap, seperti gerbang logika AND, timer ataupun elemen kontrol berumpan balik. Pemanggil beberapa bagian dapat dipanggil dengan sistem komputer dalam bagian tersebut. Banyak dari bagian-bagian mempuyai parameter pemanggil berdasarkan ukuran, fungsi, tipe data, maupun jenis lainnya untuk ditentukan. Fungsi mnemonic memanggil informasi tentang fungsi dasar dari setiap bagian. Informasi utama setiap bagian berdasarkan jenis data diberikan oleh huruf depan dari setiap alamat. Contohnya: COMP-I, comparator for integer dan COMP-R, komparator untuk angka real. Struktur bagian dari parameter pemanggil dapat diputuskan berulang, ditempatkan dalam pengulangan tabel waktu (memutuskan eksekusi untuk komputer dengan perulangan sama) dan untuk perangkat keras, identitas dari headernya. Fungsi pemanggil unit parameternya dapat
Gambar 8 Kontroller PI pada PLC ABB Masterpiece 200/1.
Beberapa instrumen yang digunakan dikomputerisasi dengan PLC ABB disimulasikan secara teknis. Fungsi kontrol pada proses mould cooling sebagian besar adalah kontrol parameter PI (Proporsional Integral). Untuk mengaplikasi-
4
kan kontrol ini ke dalam PLC ABB tidak menggunakan fungsi gerbang-gerbang logika yang relatif rumit, dengan PLC ABB cukup digunakan fungsi Kontrol PI yang sudah terdapat dalam database CPU PLC seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8. PI (Proporsional Integral) digunakan sebagai standar kompensasi serial dalam sistem kontrol berumpan balik. PI di dalam PLC ABB sudah terstandar untuk fungsi serialnya. Jumlah pengontrol dihitung secara mendalam dalam setiap bagian. Sinyal keluaran dapat ditentukan berdasar masukan tertentu. Fungsi keseimbangan (balance) mengijinkan sinyal untuk mengikuti masukan eksternal dan kembali menjadi fungsi normal. Semua perpindahan dari keluaran yang seimbang dan terbatas semakin besar. Pengalamatan fungsi pada kontroler PI internal PLC ABB Masterpiece 200/1 ditunjukkan pada Tabel 1.
Hal ini telah diimplementasikan dalam fungsi kontrol PI sebagai algoritma rekursif. Gain, Konstanta Integral dan waktu sampling konstanta K x TS/TI diperkirakan nilainya untuk waktu eksekusi dari setiap peralatan yang mungkin. Keluarannya bisa dianalisis dari setiap elemen yaang dikontrol. Konstanta diperkirakan jika TI dari K diubah lebih dari 1/128 dari nilai perkiraan atau jika waktu sampling TS diubah. Ketika nilai dihitung dalam percobaan baik untuk TS/TI < 1. Jika tidak di tetapkan TS / TI =1. Dalam pengontrolan PI, Bagian Algoritma Integrasi dapat dihilangkan ketika RINT = 1. Jika kontrol proporsional dari algoritma ditentukan terbatas pada sinyal keluaran, status limit akan muncul dan status internal akan selalu mengupdate ke setiap bagian. Ketika RINT diset tetap menjadi 1, fungsi bagian ini disebut regulator P. Jika BAL ditentukan 1, regulator akan dengan cepat mengikuti dan keluaran O mengikuti nilai dari masukan BALREF. Jika nilai BALREF diperkirakan sebagai sinyal keluaran, keluaran ditentukan untuk membatasi nilai yang ditentukan. Ketika kembali ke fungsi normal dari nilai keluaran O sejak contoh terakhir following hingga satu waktu sampling maka dapat terlihat ketika ada perintah “Bumpless transfer from following or limiting”. Fungsi pembatas membatasi keluaran sinyal menjadi nilai dengan masukan OHL untuk batas atas dan OLL untuk batas bawah. Jika nilai nyata diperkirakan nilai batas atas keluaran O=HL diset 1 dan jika jatuh menjadi batas kecil keluaran O = LL diset 1. Setiap bagian diperiksa bahwa batas atas OHL lebih besar daripada batas bawah OLL. Jika tidak dalam kasus , keluaran ERR diset 1. Ketika keadaan ERROR keluaran O = HL, O = LL dan O akan kembali ke nilai yang telah ditentukan sebelum error ditemukan.
Tabel 1 Pengalamatan pada kontroler PI di PLC ABB Masterpiece 200/1.
2.4 Pengendalian Proses Kendali umpan balik adalah suatu operasi yang dengan munculnya gangguan akan cenderung memperkecil perbedaan antara keluaran suatu sistem dengan beberapa masukan dan selanjutnya bertindak dengan bertitik tolak dari perbedaan tersebut. Tujuan Pengendalian: 1. Mengatur suatu nilai dari variabel proses agar berada pada suatu nilai yang diharapkan. 2. Nilai yang diharapkan merupakan nilai acuan atau setelan. Pengendalian proses dapat dilakukan secara otomatis maupun manual. Pengendalian proses semisal aliran air secara manual ditunjukkan pada Gambar 9. Parameter didapatkan berdasarkan
REVACT merupakan parameter yang mengontrol langsung ke keluaran sinyal. Efek pengontrol berlawanan dengan kenyataannya. Jika REVACT diset menjadi 1 fungsi inverter terpilih seperti pada peningkatan nilai aktual akan berlawanan dengan sinyal keluaran. Jika diset 0 maka terhubung langsung, berarti peningkatan aktual juga dikuti oleh keluarannnya. Sinyal kontrol PI dapat ditulis dalam kawasan waktu: O(t) = K(DEV(t)+∫tDEV(τ)/TI d(τ) Sinyal kontrol tersebut terjadi ketika mengontrol integrasinya untuk mendapatkan error DEV(t) = 0, sampai sinyal keluaran tetap. Dalam kawasan s fungsi alih PI adalah: G(s) = K ( 1 + 1/sTI)
5
pengamatan manusia.
yang
dilakukan
oleh
operator
Pada kontrol proporsional integratif di dapat persamaan-persamaan sebagai berikut: t m Kp e K I e.dt m0 0
atau
u (t ) K p e(t )
Gambar 9 Pengaturan valve secara manual.
Sistem kendali umpan balik / sistem kalang tertutup (close loop) adalah sistem kontrol yang sinyal keluarannya mempunyai pengaruh langsung pada aksi pengontrolan. Sinyal kesalahan (error) dari penggerak (plant) yang merupakan selisih antara sinyal masukan dan sinyal umpan balik (sinyal keluaran ) diumpankan ke kontrol untuk memperkecil kesalahan agar keluaran sistem mendekati harga yang diinginkan atau dengan masukan acuan. Sistem ini banyak dipakai dalam pengendalian berumpan balik yang umumnya dilakukan secara otomatis. Gambar 10 menunjukkan blok diagram hubungan dari kontrol loop tertutup. +
-
KONTROLER
PLANT
Gc(s)
G(s)
Ti
t
e(t ).dt 0
Sedang fungsi alih pengendalinya adalah:
U (s) 1 K p 1 E (s) T s i dengan : Kp : konstanta proporsional (adjustable) Ti : waktu integral (adjustable) 1 / Ti : laju reset : berapa kali bagian proporsional dari aksi pengontrolan diulangi dalam waktu 1 menit.
III. ISI 3.1 Mould
Mould merupakan salah satu peralatan dalam Continuous Casting Machine. Peralatan ini pada bagian dalamnya terdiri dari narrow side, loose side dan fixed side, sistem pendingin air tertutup (primary closed loop). Mould bergerak secara osilasi (naik dan turun) dimana pengaturannya digunakan motor AC melalui pengubah frekuensi digital (digital frequency converter, DFC). Kecepatan osilasi disesuaikan dengan kecepatan pengecoran (casting speed) yang merupakan kecepatan lari slab dari mould pada proses pengecoran. Mould digunakan untuk membentuk baja cair menjadi slab baja sesuai dengan ukuran yang telah ditentukan. Penampang mould dapat ditunjukkan pada Gambar 13 dan Gambar 14. Berikut ini data teknis Mould : 1. Material : Tembaga dengan tebal 50 mm. 2. Dimensi : (1.000 – 1.600 mm) x 200 mm (small range) dan (1.500 – 2.100 mm) x 200 mm (wide range). 3. Toleransi penyusutan : (1.220 – 1.630 mm) small range dan (1.525 – 2.080 mm) wide range. 4. Ketebalan mould : 200 mm.
C(s)
E(s)
R(s)
Kp
SENSOR
H(s)
Gambar 10 Sistem Kendali Umpan Balik.
2.5 Kendali PI Secara teoritis sistem proporsional integral mempunyai sifat ragam antara lain: 1. Peka (sifat P) dan cermat atau mampu mengatasi galat (sifat I) 2. Sesuai untuk proses yang bebannya sering berubah tetapi perubahannya tidak cepat. 3. Kerugian : perubahan besar / menda-dak pada beban atau saat start up dapat overshoot. Gambar 11 menunjukkan masukan kontroler yaitu masukan step (tangga satuan) dan Gambar 12 menunjukkan keluaran kontrolernya.
Gambar 11 Masukan Kontroler.
Gambar 13 Sketsa Penampang Mould. Gambar 12 Kontrol Proporsional Integral.
6
untuk menghindarinya. Proses mould cooling system merupakan pengendalian proses yang dilakukan untuk menghindari break out.
Gambar 14 Mould dalam blok Concast.
Mould Drive berfungsi untuk menggerakkan mould naik turun agar baja cair tidak lengket dengan dinding mould, gerakan naik turun pada mould akibat putaran motor yang dihasilkan ini tidak balance. Selain itu, juga terdapat mould guide yang berfungsi untuk menghubungkan mould dengan mould drive. Over Flow Box berfungsi untuk menampung baja cair yang tumpah dari tundish akibat meluapnya baja cair dari dalam tundish selama proses casting berlangsung. Setelah selesai proses casting, slab baja didinginkan di udara terbuka kemudian over flow box dibawa oleh crane menuju tempat pembuangan sisa baja cair. Over flow box ditempatkan di samping mould dan di bawah tundish. Data teknis over flow box : 1. Kapasitas : 11.000 kg. 2. Berat tanpa lining : 2.150 kg. 3. Berat dengan lining : 3.300 kg. Slag Box, diletakkan di samping mould yang berfungsi sebagai tempat pembuangan slag selama proses casting berlangsung. Setelah proses casting dan slab didinginkan dengan udara terbuka kemudian slag box dibawa oleh crane menuju tempat pembuangan sisa slag.
Gambar 15 Slab Baja yang terjadi Break Out.
Baja cair saat berada di mould, mengalami pembentukan kulit slab dimana dinding-dinding mould telah dilumas menggunakan casting pouder. Dinding mould yang dilengkapi dengan sistem pendingin merupakan faktor penentu dalam keberhasilan pembentukan kulit baja. Bagian dalam dinding mould ini terdiri dari Narrow Side Right (NSR), Narrow Side Left (NSL), Wide Loose Side (WSL) dan Wide Side Fixed (WSF), serta terdapat sistem pendingin air tertutup (Primary Closed Cooling). Air bersirkulasi dan mengalir didalam NSR, NSL, WSL, dan WSF dengan jumlah debit tertentu. Debit yang tidak sesuai menyebabkan kulit baja slab menjadi kurang sempurna, dimana baja cair yang ada dibawah kulit akan menerobos keluar sehingga terjadi break out. Kesempurnaan pembentukan kulit juga ditentukan oleh level baja cair di mould. Level baja cair yang relatif kurang, waktu pendinginan akan relatif singkat dibandingkan dengan kondisi apabila level baja cairnya lebih tinggi. Gaya tekan akibat grafitasi yang timbul pada empat sisi mould untuk level baja cair tinggi didapat gaya tekan yang besar jika dibandingkan dengan level baja cair yang rendah. Gaya tekan yang relatif tinggi menghasilkan kemampatan pada baja. Jika sirkulasi air tidak diatur agar relatif tetap pada level optimalnya, maka akan menyebabkan perbedaan kemampatan baja slab yang dihasilkan. Kemampatan baja slab yang dihasilkan proses di concast dapat ditingkatkan dengan memberikan osilasi pada dinding mould. Mould akan bergerak secara osilasi naik dan turun yang dapat digerakkan oleh pengaturan osilasi dengan menggunakan motor AC melalui pengubahan Frekuensi Digital ( Digital Frequency Converter, DFC). Kecepatan osilasi tersebut harus disesuaikan dengan kecepatan pengecoran (Casting Speed) yang merupakan kecepatan tarik slab dari mould pada proses pengecoran. Kecepatan pengecoran ( casting speed ) adalah
3.2 Proses pada Mould Kualitas produk dan optimalisasi proses adalah dua hal yang selalu dititikberatkan dalam suatu proses produksi. Proses yang optimal akan mengurangi biaya operasi produksi, sedang produk yang berkualitas akan meningkatkan daya saing. Dua hal tersebut menjadi perhatian utama dalam proses produksi pabrik baja slab. Salah satu upaya untuk mengoptimalkan proses produksi baja adalah menggunakan mesin pencetak kontinyu. Dalam proses pencetakan kontinyu dihindari adanya break out pada baja yang dicetak seperti ditunjukkan pada Gambar 15. Jika terjadi break out, maka proses produksi akan terhenti. Hal ini tentunya akan sangat merugikan proses produksi. Break out terjadi karena timbul kebocoran pada saat pembentukan kulit. Fenomena ini terjadi di mould yang merupakan alat untuk membentuk atau mencetak baja cair menjadi slab baja sesuai dengan ukuran slab yang ditentukan. Dengan pertimbangan kerugian yang timbul dalam proses produksi akibat adanya break out ini, maka dilakukan suatu pengendalian proses
7
1,54 m/s. Osilasi ini bertujuan agar gaya berat oleh baja cair seolah-olah diperkuat oleh oleh gaya yang timbul karena hentakan osilasi. Pengaruh lain dari osilasi adalah menghindari penempelan kulit baja pada dinding mould. Apabila kulit baja tersebut menempel pada dinding mould, maka penarikan akan menyebabkan kulit robek. Awal penyebab timbulnya break out adalah pembentukan kulit yang kurang sempurna, yang dapat dihindari dengan proses kendali dalam mould, diantaranya adalah: 1. Mengendalikan sirkulasi air pada mould agar sesuai dengan debit yang dibutuhkan dalam pembentukan kulit slab, karena baja cair relatif lama tertahan didalam mould. 2. Memberikan osilasi pada mould sehingga mencegah terjadinya penempelan kulit pada dinding yang dapat mengakibatkan pecahnya kulit saat ditarik. 3. Mengatur level baja cair di mould agar relatif cukup tinggi, sehingga baja cair akan tertahan cukup lama di dalam mould. 4. Mengatur kecepatan penarikan slab supaya baja cair dapat mampat dengan baik.
WSL dan WSF yang mempunyai pengaturan aliran terpisah satu sama lain. Air dari WTP mengalir dari bawah terpompa setiap dinding mould. Besaran aliran dan temperatur terus dipantau dan dikontrol pada nilai tertentu melalui Flow Indicator Control Alarm (FICAL) yang terdiri atas flowmeter dan sensor temperatur Pt100 sebagai setpoint dari sistem kontrol pendinginan mould. Pengontrolan besar aliran dengan sensor temperatur Pt100 dan transmitter flow diletakkan setelah melewati mould. Hal tersebut dilakukan untuk mendapatkan besaran yang terdapat di mould. Besaran temperatur air pendingin inlet (masukan), tidak boleh lebih besar dari acuan (>7oC), jika lebih besar maka terjadi alarm untuk emergency. Air yang telah melewati dinding-dinding mould akan mengalir menuju Emergency Tank melewati satu pipa. Pada Emergency Tank terdapat umpan balik level untuk mengatur jumlah air yang digunakan. Selain menuju Emergency Tank aliran juga mengarah ke jalur emergency alarm yang akan dilalui jika telah terjadi kesalahan dari setpoint yang ditetapkan. Air dari Emergency Tank akan menuju kembali ke WTP. Level air di Emergency Tank diukur sebagai parameter masukan. Air akan mengalir ke Emergency Cooling yang secara otomatis akan membuka valve-nya jika terjadi keadaan dimana terjadi kesalahan debit aliran air yang mengalir dari parameter di level Emergency Tank. Jika tibatiba terjadi keadaan dimana air dari WTP macet pada Emergency Cooling air akan kembali langsung ke Mould dari Emergency Tank. Hal ini bertujuan supaya aliran tetap ada dan proses pendinginan terus berlangsung.
3.3 Mould Cooling System Sistem pendinginan mould merupakan suatu proses yang dilakukan pada mould. Pendinginan dilakukan untuk mengendalikan suhu yang dibutuhkan dalam proses pencetakan baja di concast. Pendinginan dilakukan dengan sistem pendingin aliran air. Pengendalian pendinginan adalah dengan mengendalikan sirkulasi air pada mould melalui pipa-pipa yang terpasang di setiap dinding-dindingnya, menyesuaikan debit yang dibutuhkan untuk pendinginan dalam pembentukan kulit slab, karena baja cair relatif lama tertahan di dalam mould.
P-33
P-12
P-9
Check Valve Emergency Tank
P-13
3.4 Pengendalian Proses dalam Sistem Pendingin Mould Sistem pendinginan mould dilakukan dengan mengatur debit aliran air pada dindingdindingnya. Sistem pendinginan diatur besaran alirannya supaya menghasilkan pendinginan mould secara kontinyu. Besaran aliran air yang bersirkulasi diatur supaya tetap nilai suhunya pada level suhu tertentu. Air disupply dari WTP (Water Threatment Plant) yang disalurkan ke pipa aliran untuk pendinginan mould dengan nilai masukannya diset pada besaran aliran dan temperatur tertentu. Pengaturan aliran pada air pendingin menggunakan valve-valve proporsional terkontrol. Kontrol pendinginan mould dikelompokkan menjadi empat bagian utama yaitu NSR, NSL,
Return
P-8
P-9
P-6
Emergency Cooling
FICAL P-39
P-1
P-40
NSL
V-2 P-4
P-7
P-39
FICAL
Supply
P-28 P-40
NSR P-28
P-6
P-32 P-36
FICAL
V-5 P-39
P-3
P-39 P-28
WSL P-37
FICAL
V-4
P-39
P-5
P-38
P-42
WSR
Emergency Valve V-3
WTP
MOULD
DRAIN
CASTER
Gambar 16 Diagram Sistem Pendinginan Mould
Secara teknis sistem pendinginan mould dari Gambar 16 adalah: 1. Emergency Tank (ET) kosong, maka level air di tank di posisi LOW. 2. Karena LOW maka control valve terbuka, sehigga terjadi aliran. 3. Air dari WTP akan ke Emergency Tank melewati valve-valve yang ada. Besarnya aliran air menyesuaiakan nilai temperatur
8
yang diperoleh oleh transducer temperatur Pt100 dan nilai aliran dari flowmeter di titik-titik yang ditentukan sebagai setpoint pengontrolan control valve. 4. Jika Emergency Tank penuh maka levelnya menjadi HIGH. Ketika ini terjadi, posisi check valve terbuka (open) dan terjadi Emergency Cooling. 5. Jika tekanan dari ET kurang dari 3 bar, energi potensial ET >WTP sehingga check valve terbuka (open) dan terjadi Emergency Cooling. 6. Pada Emergency Cooling tersebut maka Emergency Valve akan terbuka dan air langsung terbuang ke drain. Air di ET cukup untuk Emergency Cooling sampai 15 menit. Secara umum terlihat bahwa pada sistem pendinginan mould digunakan sistem pendinginan tertutup dengan air sebagai pendingin mengalir secara tertutup. Pada sistem pengontrolan proses pendinginan mould tersebut ada beberapa parameter yang digunakan sebagai setpointnya yaitu: 1. Nilai flow (aliran) pada air yang mengalir. 2. Nilai temperatur pada air. 3. Level air di tank, untuk memberikan parameter tentang jumlah air yang dipakai dalam sistem pendingin mould ini dipakai khususnya jika terjadi emergency. Dengan menggunakan sistem pendingin tertutup maka pada plant akan terus terjadi aliran. Aliran ini diatur supaya tetap terjadi untuk memperoleh nilai temperatur tertentu. Penggunaan Proposional Valve yang terdapat pada cabang-cabang utama menunjukkan bahwa aliran dipertahankan supaya tetap stabil menyesuaikan pengontrol dan masukan FICAL. Sistem semacam ini merupakan pemakaian dari sistem kontrol secara Proporsional Integral.
proporsional akan terus mempertahankan kondisi pada setpoint sampai mencapai kestabilan. Parameter Integral akan memberikan percepatan pada setpoint sehingga akan cepat terjadi setpoint. Fungsi integral ini akan memberikan percepatan pada saat proses kontrol pendinginan mould mulai berkerja. Secara umum kontroler proporsional integral diaplikasikan pada saat sistem dengan perubahan beban besar yang tak terlalu cepat (perlu waktu integrasi), sistem dengan perubahan kecil serta sistem yang berlangsung terusmenerus. Aliran setiap dinding berbeda, besar aliran tersebut dikontrol secara Proporsional Integral. Parameter input pada sensor FICAL akan memberikan input digital untuk nilai tertentu yang bekerja terpadu dengan sensor temperatur air Pt 100. Nilai yang didapatkan akan tersambung secara otomatis ke kontroler PI dan terpantau ke operator melalui PLC dari panel operator. Kontroler akan mengatur aktuator Control Valve berdasarkan parameter dan setpoint dari sensor. 3.5 Pengendalian Proses Mould Cooling dengan PLC ABB Masterpiece 200/1 PLC yang digunakan untuk pengendalian proses mould cooling adalah PLC ABB Masterpiece 200/1. Pada pengontrolan mould cooling semua parameter diinstruksikan secara terpisah. Pengalamatan instruksi pada dasarnya dilakukan dengan aplikasi yang terprogram sesuai dengan fungsi masing-masing bagian. Bagianbagian tersebut akan dikendalikan terpisah sesuai pengalamatan instruksi yang ada. Pengontrolan pendinginan mould memiliki sistem dengan beberapa instruksi utama dengan komunikasi ke operator level 1 dan juga level 2 untuk tingkat yang lebih tinggi. Aplikasi ini menyesuaikan dengan hierarki pengontrolan industri di PT Krakatau Steel. Pengalamatan tersebut diantaranya untuk: 1. Mould temperatur. 2. Mould cooling alarm. 3. Mould emergency cooling. 4. Mould water controller narrow side left. 5. Mould water controller narrow side right. 6. Mould water controller wide side loose. 7. Mould water contoller wide side fixed. Beberapa bagian tersebut memiliki sistem yang terpisah untuk pengontrolannnya tetapi diinstruksikan dalam satu sistem keseluruhan dalam Mould Cooling System. Hal itu dapat diamati dari panel kontrol operator yang ada, seperti ditunjukkan pada Gambar 18 dan Gambar 19. Dari panel tersebut dapat diamati juga nilai parameter-parameter kontrolnya untuk keseluruhan sistemnya.
PLANT SP
SP-PV +
PROSES COOLING
PI
-
CO
OUTPUT
CONTROL VALVE
PLC PV
TT
FT
FICAL SENSOR
Gambar 17 Diagram Blok Pengendalian Proses Mould Cooling
Sistem kontrol proporsional integral digunakan dalam aplikasi sistem pendinginan mould untuk mengatur aliran supaya terus mengalir menyesuaikan setiap setpointnya. Diagram blok pengendalian prosesnya ditunjukkan pada Gambar 17. Kontrol
9
secara otomatis ke kontroler PI dan terpantau ke operator. Otomatisasinya aliran air akan terkontrol pada nilai tertentu dengan aksi kendali PI yang disesuaikan untuk mendapatkan pendinginan yang optimal. Semua proses pengendalian tersebut dilakukan secara digital dengan PLC ABB Masterpiece 200/1. Hal itu dapat diamati dari diagram pemrograman yang dilakukan dengan PLC ABB Masterpiece 200/1 seperti ditunjukkan pada Gambar 20. Dari gambar tersebut dapat teramati pula bahwa pengendalian dilakukan secara otomatis maupun manual. Pengendalian setiap bagian juga terhubung dengan bagian yang lain sehingga akan menghasilkan pengendalian yang terpadu untuk seluruh proses mould cooling.
Gambar 18 Panel Operator level 1.
Gambar 19 Panel Kontrol Operator Level 2.
5.1.1
Pengendalian Proses Mould Cooling dengan Kendali PI PLC ABB Masterpiece 200/1 pada Narrow Side Left Pemakaian kontroler PI pada sistem pendinginan mould dengan PLC ABB dilakukan pada setiap bagian sisi dinding-dinding mould secara terpisah. Setiap pengontrolan aliran untuk pendinginan pada setiap dinding dilakukan oleh sebuah kontroler PI yang terprogram dalam PLC ABB Masterpiece 200/1. Pemrograman PLC ABB pada mould cooling system akan mengatur keseluruhan proses dalam satu sistem. Akan tetapi pengontrolan PI pada bagian Narrow side Left akan terpisah dengan Narrow Side Right ataupun yang lainnya. Pada pengontrolan PI di Narrow Side Left PLC ABB Masterpiece 200/1 akan langsung menginstruksikan kontroler PI dalam pemrogramannya. Pemrograman kontroler PI akan terhubung dengan parameter input dan output dari instrumen-instrumen yang ada serta sinyal referensi dari operator. Instruksi PI Controler menghubungkan antara input dan output sesuai yang dikehendaki dan memberikan aksi kontrol PI pada plant yang digunakan. Secara singkat algoritma pengontrolan pada Narrow Side Left adalah untuk mengontrol proses pendinginan mould pada sisi dinding Narrow Side Left. Air yang telah masuk dari WTP akan terpisah masing-masing ke empat bagian dinding. Aliran setiap dinding berbeda, besar aliran tersebut dikontrol secara Proporsional Integral, untuk menghendaki supaya didapatkan hasil pendinginan yang optimal. Parameter input pada sensor FICAL (Flow Indicator Control Alarm) akan memberikan input digital untuk nilai tertentu yang bekerja terpadu dengan sensor temperatur air Pt 100. Nilai yang didapatkan akan tersambung
Gambar 20 Pengontrolan proses mould cooling system dengan PI Controller pada PLC ABB Masterpiece 200/1 untuk dinding Narrow Side Left.
PI Controller yang digunakan pada PLC ABB Masterpiece akan terpantau oleh operator level 1 dan 2 di lapangan dan PLC room. Gambar 20 menunjukkan pengalamatan pada yang terdiri dari input dan output serta masukan parameterparameter kontrol. Masukan referensi acuan nilai aliran dari NSL (Narrow Side Left) melalui kaki REFV dengan alamat DAT 391/DAT 391N44. Nilai aliran air yang terpadu dengan temperatur yang terjadi (nyata) dan melalui kaki I akan dialamatkan pada ATI.11/AI62118031_01. Nilai fungsi alih yang masuk pada kaki K untuk memberikan gain pada kontroler. Nilai konstanta timer atau pewaktu akan masuk pada T, yang terhubung langsung oleh operator. Pada mode manual akan terhubung dengan kaki BAL, sedang BALREF akan memberikan referensi atau acuan terhadap mode manual yang berlanjut. Untuk pengesetan batas nilai atas input masuk ke OHL dengan alamat AOI.Z:45/A06221B035_01_:HI_LIM, pada batas bawah masuk ke OLL dengan alamat AOI.Z:45/A06221_B035_01_:LO_LIM. Untuk output dari kontroler ini keluar dari O. Kemudian akan dialamatkan ke beberapa fungsi yang terpisah. Output yang telah dikontrol oleh pengendali PI ini akan disebut sebagai kontrol mould cooling NSR yang dialamatkan di P=ATC5:66/ATC5N44.R:CALC_VAL kemudian outputnya juga akan memberikan instruksi
10
langsung kepada control valve proporsional yang terpasang untuk melakukan pengendalian alirannya.
Daftar Pustaka [1] Bolton, William. Programmable Logic Controller (PLC) sebuah pengantar. Erlangga. Jakarta. 2002. [2] Petruzella, Frank D., Elektronik Industri. Andi Offset. Yogyakarta. 2001. [3] Robert, L., Industrial Electronics, Fourth Edition,Mc. Graw-Hill Publishing Company, New York, 1991. [4] Setiawan, Iwan. Programmable Logic Controller (PLC) dan Teknik Perancangan Sistem Kontrol. Yogyakarta. Andi Offset.2006. [5] -------------------. ABB Masterpiece 200/1 PC Elements. ABB Process Automation. 1992 [6] -------------------. www.abb.com [7] -------------------. www.krakatausteel.com [8] -------------------. www.siemens.com/metals [9] -------------------. www.siemens-vai.com [10] -------------------. www.wikipedia.com
IV. PENUTUP 4.1
Kesimpulan Dari hasil kerja praktek di PT. Krakatau Steel Cilegon. maka dapat diambil beberapa kesimpulan yaitu: 1. Mould merupakan salah satu peralatan di CCM, pendinginan mould (mould cooling system) dilakukan untuk mencegah terjadinya breakout pada baja cair yang sedang dicetak. 2. Sistem pendinginan mould (mould cooling system) menggunakan aliran air demin dari WTP yang dilakukan secara tertutup, dengan sistem yang terpisah pada keempat dinding-dinding mould. 3. PLC ABB Masterpiece 200/1 merupakan pengendali proses yang utama di SSP 2, digunakan pada sebagian besar aplikasi pengendalian proses di SSP 2. 4. Kendali PI digunakan dalam mould cooling system yang terpadu dengan sensor FICAL dan sensor temperatur Pt 100. Sebagai aktuatornya digunakan control valve proporsional. Kendali PI akan menghilangkan kesalahan ofset yang terjadi ketika mencapai kestabilan akibat penggunaan control valve proporsional. 5. Proses mould cooling system menggunakan kendali PI yang tertanam pada PLC ABB Masterpiece 200/1. 4.2
BIOGRAFI Eka Fitriyadi (L2F 005 531), lahir di Temanggung tahun 1987, menempuh pendidikan dasar di SD N Wonokerso 1, pendidikan menengahnya di SLTP N 2 Pringsurat dan SMA N 1 Magelang. Saat ini sedang menempuh pendidikan tinggi di Jurusan Teknik Elektro Universitas Diponegoro Semarang dengan konsentrasi kontrol.
Saran 1. Air pendingin yang digunakan sebaiknya harus lebih diperhatikan sifatnya supaya dapat tepat terukur alirannya pada instrumen flowmeter sehingga lebih efektif sistem pendinginannya. 2. Perlu adanya modifikasi untuk penggunaan PLC ABB Masterpiece 200/1 karena pemrograman yang ada relatif sulit dipahami. 3. Perawatan harus dilakukan setiap minggu untuk mengecek kelayakan dari mould dan menghindari adanya kerusakan (kebocoran) saat produksi. 4. Supaya pendinginan dapat optimal, dalam pengendalian aliran maka pengukuran instrument yang lebih akurat harus terjaga sehingga perlu dilakukan proses kalibrasi secara rutin.
Mengetahui dan Mengesahkan, Dosen Pembimbing
WAHYUDI, ST, MT NIP. 132 086 662
11
