3334130779 - Roller-hearth.docx

Penggunaan Tungku Roller-Hearth untuk Perlakuan Panas dalam Aplikasi Hot-Form Hardening 3334130779 - Ginanjar Saputra1, a 1

Jurusan Teknik Metalurgi Fakultas Teknik Universitas Sultan Ageng Tirtayasa a

[email protected]

Kata kunci: furnace, reheating, continuous, roller-hearth, direct process, indirect process

Abstrak Roller-hearth furnace adalah jenis tungku reheating di mana bagian hearth-nya terdiri atas serangkaian roll yang terbuat dari baja, paduan logam, ataupun keramik. Pemanasan terjadi secara kontinyu ketika material melewati tungku karena digerakkan oleh roll. Roller-hearth sangat efektif untuk pemanasan stok baja (billet, bloom, slab) yang sangat panjang dan biasa digunakan dalam proses-proses metalurgi seperti annealing, hardening, surface treatment, tempering, ageing, preheating. Dalam industri otomotif, sebelum benda kerja masuk ke tahap hot-form hardening, terlebih dahulu dilakukan pemanasan dalam tungku roller-hearth secara direct process (tanpa tray) maupun indirect process (dengan tray). Pendahuluan Tungku (furnace) adalah suatu alat yang digunakan untuk melebur material, atau memanaskannya hingga temperatur tertentu sebelum proses lanjutan. Dalam steelmaking plant, tungku pemanasan ulang (reheating) berfungsi meningkatkan temperatur baja hingga temperatur yang tepat untuk proses rolling. Klasifikasi tungku reheating didasarkan pada beberapa aspek, salah satu di antaranya yaitu berdasarkan metode charging atau pengumpanan benda kerja ke dalam tungku: batch type dan continuous type. Salah satu jenis tungku continuous reheating adalah roller-hearth. Tungku roller-hearth digunakan secara luas untuk memanaskan benda kerja dalam aplikasi hot-form hardening di dunia industri otomotif. Pembahasan Tungku Pemanasan Ulang (Reheating Furnace). Dalam steelmaking plant, reheating furnace digunakan pada hot rolling mills untuk memanaskan stok baja (billet, bloom, slab) dari temperatur ambient atau dari 800°C hingga mencapai kisaran temperatur 2000°C, yaitu temperatur yang tepat untuk deformasi plastis baja saat proses canai (rolling). Proses pemanasan dalam suatu reheating furnace adalah suatu proses yang kontinyu. Stok baja di-charge ke dalam tungku melalui entrance (pintu masuk), dipanaskan di dalam tungku, lalu dikeluarkan melalui furnace exit. Suatu reheating furnace memiliki fitur-fitur sebagai berikut[1]: a) Refractory chamber yang dikonstruksi dari material-material bersifat insulator untuk mempertahankan panas pada temperatur operasi yang tinggi. b) Hearth, untuk menyangga atau mengangkut baja. Hearth dapat terdiri atas material refraktori atau susunan penyangga logam yang didinginkan oleh air (water-cooled). c) Burner yang menggunakan bahan bakar cair atau gas untuk menaikkan serta mempertahankan temperatur dalam chamber. d) Metode untuk memasukkan/mengeluarkan stok (charging/discharging). e) Sistem-sistem seperti roller, conveyor, mesin charging, pusher.

Gambar 1. Komponen-komponen utama tungku reheating [1] Dalam suatu reheating furnace, transfer panas ke benda kerja terjadi secara konveksi maupun radiasi seperti diilustrasikan seperti pada Gambar 2. Radiasi berasal dari api pembakaran serta dinding dan atap tungku, sementara konveksi diakibatkan pergerakan gas-gas panas pada permukaan benda kerja [2].

Gambar 2. Mekanisme transfer panas dalam reheating furnace [2] Klasifikasi reheating furnace dapat dilakukan melalui berbagai cara seperti berikut [5]: a) Berdasarkan metode pemanasannya, tungku reheating dikategorikan menjadi combustion type (oil fired, gas fired) atau electric type. b) Berdasarkan metode pengisian (charging), tungku reheating diklasifikasikan menjadi batch type atau continuous type. Dalam tungku batch, material diletakkan di atas hearth dengan posisi yang tetap (tidak bergerak) selama pemanasan hingga temperatur hot-working. Sedangkan pada tungku continuous, pemanasan berlangsung saat material digerakkan melewati tungku. c) Berdasarkan pergerakan benda kerja di dalamnya, tungku continuous reheating dapat lebih jauh diklasifikasikan menjadi:  pusher type,  rotary hearth type,  walking beam type,  walking hearth type atau  roller hearth type. d) Berdasarkan perolehan panasnya, tungku reheating dikategorikan menjadi regenerative atau recuperative. Dewasa ini, hanya tungku recuperative yang banyak digunakan.

Tungku Pemanasan Ulang Roller-Hearth. Pemanasan stok baja (billet, bloom, slab) yang sangat panjang tidak praktis dilakukan dalam tungku pusher type atau walking beam type. Roller-hearth lebih tepat digunakan untuk benda kerja yang sangat panjang dan biasa digunakan dalam proses-proses metalurgi seperti annealing, hardening, surface treatment, tempering, ageing, preheating [3]. Hearth (perapian) tungku jenis ini terdiri atas serangkaian roll yang terbuat dari baja, paduan logam, ataupun keramik. Tabel 1. Overview teknis dari roller-hearth reheating furnace [3] Products handled Product materials Min line speed Max line speed Min product size Max product size Min temp Max temp Min length Max length Max width Atmosphere Element systems Insulation materials

Electrical supply

Zoning Temperature controllers Thyristor type Product transportation Entry & exit doors

Round bars, strip and profile Carbon steel, stainless steels, copper & nickel alloys, titanium 1 m/min 50 m/min 10 mm 200 mm 500 °C 1400 °C 1m 10 m 1.5 m H2 / N2, or a mixture Metallic, SiC, glass Ceramic fibre, Super Wool, brick and board 220 – 240V single phase 380 – 220V – 415/240V 3 phase + neutral 208 – 240V 3 phase delta Individual zones each controlled by separate thermocouples Eurotherm, Omron or equivalent Burst-fired or phase angle fired Water-cooled rollers Automated, sensor/pyrometer-controlled

Gambar 3. Roller-hearth reheating furnace untuk proses direct hot-form hardening [4]

Gambar 4. Roller-hearth reheating furnace untuk proses indirect hot-form hardening [4] Hot-form hardening terutama di industri-industri otomotif memanfaatkan tungku roller-hearth baik dalam proses direct maupun indirect yang memberi perlakuan panas terhadap pre-formed parts. Dalam proses indirect, benda kerja (pre-formed parts) dipanaskan melewati tungku dengan diletakkan pada suatu tray penyangga. Proses direct tidak memerlukan tray; benda kerja diletakkan langsung pada conveying rollers. Untuk mencegah pembentukan scale (kerak) pada permukaan parts, roller-hearth reheating furnace perlu dijalankan dalam atmosfir yang terkendali (i.e. protective gas). Proses direct dapat dijalankan dengan atau tanpa protective gas [4]. Penggunaan tray dalam proses indirect dapat mencegah terjadinya serangan termomekanik pada conveying roller serta memungkinkan terjadinya proses perlakuan panas terhadap pre-formed parts yang memiliki geometri kompleks. Namun demikian, tray perlu dipanaskan kembali karena temperaturnya turun saat perjalanan di return conveyor. Tray juga merupakan komponen tungku yang usia pakainya tidak lama, cepat aus karena berulang-ulang menerima beban termal [4].

Gambar 5. Skema direct hot-form hardening [4]

Gambar 6. Skema indirect hot-form hardening [4]

Beberapa keunggulan desain roller-hearth untuk tungku reheating, di antaranya[5]: a) b) c) d)

Kemampuan untuk menangani piece yang sangat panjang. Pengendalian zone yang lebih mudah ketika cross-firing diterapkan. Skid marks dapat dihindari. Tungku yang dapat mengosongkan diri sendiri (self-emptying).

Namun, beberapa kelemahan roller-hearth reheating furnace yaitu[5]: a) Initial cost per kapasitas unit yang lebih tinggi. b) Kecuali tungku diinsulasi dengan baik, maka akan terjadi heat loss akibat pendinginan roller menggunakan air. c) Untuk kapasitas yang sama, tungku roller-hearth berdimensi lebih panjang dibanding tungku pusher-type ataupun waking-beam. Kesimpulan Berdasarkan pembahasan dan tinjauan literatur, penulis mengambil kesimpulan bahwa: a) Tungku pemanasan ulang (reheating) berfungsi meningkatkan temperatur benda kerja hingga temperatur yang tepat untuk proses lanjutan seperti rolling, forging, hardening. b) Tungku reheating diklasifikasikan berdasarkan metode pemanasan, metode pengisian (charging), pergerakan benda kerja, serta berdasarkan perolehan panas. c) Roller-hearth furnace adalah jenis tungku reheating dengan metode charging yang kontinyu. Hearth tungku jenis ini merupakan serangkaian roll dari baja, paduan logam, ataupun keramik. d) Roller-hearth sangat efektif untuk pemanasan stok baja (billet, bloom, slab) yang sangat panjang dan biasa digunakan dalam proses-proses metalurgi seperti annealing, hardening, surface treatment, tempering, ageing, preheating. e) Berdasarkan penggunaan tray pengangkut benda kerja, proses pemanasan sebelum hot-form hardening dalam roller-hearth furnace terbagi atas direct dan indirect process. Referensi [1] Anonim. 2006. Peralatan Energi Panas: Tungku dan Refraktori. www.energyefficiencyasia.org. UNEP. [2] Indian Bureau of Energy Efficiency. Chapter 2.4: Furnaces http://www.em-ea.org/guide%20 books/book-2/2.4%20furnaces.pdf diakses 30 Mei 2015 [3] Meltech. Roller Hearth Furnace, Detailed Specification http://www.meltech.co.uk/ products/roller-hearth-furnace/ diakses 30 Mei 2015 [4] Pfeifer, Herbert et al. 2011. Praxishandbuch Thermoprozesstechnik [Practical Handbook of Thermoprocessing Technology], Vol. II, 2nd edition. Essen/Germany: Vulkan-Verlag Publishers. [5] Sarna, Satyendra Kumar. 2013. Reheating Furnaces in Steel Plants http://ispatguru.com/re heating-furnaces-in-steel-plants/ diakses 30 Mei 2015