tugas teknologi bahan ( refraktori )
TRANSCRIPT
REFRAKTORI
sebagai
Tugas Teknologi Bahan
DisusunOleh :
Ichsan Putuwijoyo ( 092249 )
Mada Primadhana ( 090394 )
JURUSAN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SULTAN AGENG TIRTAYAS
Pengertian Refraktori
Material refraktori sangat diperlukan untuk banyak industri proses. Material
ini melapisi furnace, tundish, ladle dan sebagainya. Material ini juga digunakan
sebagai Nozzle, Spout, dan Sliding Gate. Biaya untuk pembelian dan instalasi
refraktori adalah faktor yang menentukan dalam biaya proses secara keseluruhan.
Kegagalan (failure) material refraktori ketika digunakan dalam suatu proses dapat
berarti suatu bencana. Material refraktori diharapkan dapat tahan terhadap temperatur
tinggi, tahan terhadap korosi slag cair, logam cair dan gas-gas agresif, siklus termal
(thermal cycling), tahan terhadap benturan dan abrasi dengan hanya sedikit
perawatan. Banyak orang bekerja di Industri yang menggunakan refraktori tetapi
hanya sedikit yang mengerti tentang material ini, sehingga pemborosan biaya tidak
dapat dihindari.
Refraktori didefinisikan sebagai material konstruksi yang mampu
mempertahankan bentuk dan kekuatannya pada temperatur sangat tinggi dibawah
beberapa kondisi seperti tegangan mekanik (mechanical stress) dan serangan kimia
(chemical attack) dari gas-gas panas, cairan atau leburan dan semi leburan dari gelas,
logam atau slag.
Dengan kata lain refraktori adalah material yang dapat mempertahankan sifat-
sifatnya yang berguna dalam kondisi yang sangat berat karena temperatur tinggi dan
kontak dengan bahan-bahan yang korosif. Refraktori dibuat dari berbagai jenis
material terutama keramik yang mana termasuk bahan-bahan seperti alumina,
lempung (clay), magnesia, chromit, silicon karbida dan lain-lain. Refraktori
digunakan untuk mengkonstruksi atau melapisi struktur yang berhubungan dengan
temperatur tinggi, dari perapian sampai blast furnace. Untuk dapat melayani aplikasi
yang diminta, refraktori memerlukan sifat-sifat tertentu. Sifat-sifat ini diantaranya
titik lebur yang tinggi, kekuatan yang bagus pada temperatur tinggi, tahan terhadap
degradasi, mudah dipasang, dan biaya masuk akal.
Material Bahan Baku Refraktori
1. Lempung (Clays)
Lempung dari berbagai kelompok material terbentuk dari proses pelapukan
batuan metamorphosis atau batuan beku. Material ini umumnya sangat halus dengan
ukuran partikel kurang dari 2 mikron. Material yang menarik bagi pembuat
(manufaktur) refraktori adalah yang mempunyai kandungan alumino-silikat yang
tinggi. Kelompok refraktori ini biasanya mempunyai ketahanan yang bagus terhadap
slag asam (acid slag). Secara umum property dari kelompok ini yaitu sebagai berikut:
Bagus sebagai material insulator.
Beberapa jenis mempunyai perilaku ekspansi yang kompleks, tetapi
kebanyakan hanya mempunyai ekspansi panas yang kecil.
Kekuatan yang sedang pada temperatur tinggi, mengandung fasa gelas yang
bertitik lebur rendah.
Ketahanan yang bagus terhadap slag asam (acid slag).
Ketahanan yang bagus terhadap kejut panas (thermal shock)
Tidak mahal dan mudah tersedia.
Lempung adalah campuran dari beberapa mineral lempung, yang biasanya
juga mengandung jumlah yang bervariasi dari mineral bukan lempung.
Lempung Cina (China Clay) atau Kaolin adalah jenis lempung yang
mempunyai kandungan mineral utama berupa kaolinite. Mineral yang lain seperti
kwarsa, feldspar dan mika.
Lempung Bola (Ball clays) terdiri dari mineral utama kaolinite dan illite, dan
sering juga mengandung sejulah tertentu bahan-bahan organic. Ukuran butiran dari
ball clays biasanya lebih kecil dari pada China clay, selain itu juga mempunyai
tingkat plastilitas yang tinggi serta kekuatan yang bagus bila kering. Jumlah illite
yang besar di dalam material cenderung menurunkan titik lebur dari ball clays.
Fire clay (lempung api) adalah ball clay dengan kandungan kaolinite yang
tinggi dan kandungan illite yang rendah. Sebagai akibatnya, fire clay mempunyai titik
lebur yang tinggi untuk jenis lempung, oleh karena itu digunakan untuk aplikasi
sebagai refraktori.
Flint clays (lempung batu api) adalah lempung dengan kandungan silica yang
tinggi, juga digunakan untuk aplikasi sebagai refraktori.
Bata lempung (Brick clay) mempunyai rentang komposisi yang lebar, tetapi
biasanya komposisi utamanya kaolinite atau illite. Selain itu juga mengandung
mineral besi yang menghasilkan warna merah ketika dibakar.
2. Alumina
Alumina untuk refraktori berasal dari deposit alami dan buatan. Sumber-
sumber alami terdiri dari Bauksite dan Diaspore. Sedangkan yang buatan terdiri dari
Calcined Alumina, Sintered Alumina, dan Fused Alumina. Bauksit adalah bijih yang
mengandung Boehmite (Al2O3.H2O) atau Gibbsite (Al2O3.3H2O) dalam proporsi
yang bervariasi. Bauksit juga mengandung oksida besi, alumino-silikat dan titania.
Bauksit yang kaya akan oksida besi dan pengotor lain dapat digunkan untuk membuat
Calcined Alumina melalui proses Bayer atau untuk membuat logam alumunium.
Bauksit yang langsung digunakan unuk membuat refraktori harus memiliki
kandungan pengotor yang rendah. Segera setelah ditambang kemudian bauksit
dikalsinasi di rotary kiln untuk penyetabilan. Komponen utama adalah corundum
(alumina α) dengan sedikit Mullit dan sejumlah kecil fasa glas.
Gambar 1. Calcined Alumina
Diaspore adalah monohidrat alumina, membentuk corundum langsung selama
pemanasan, sehingga hanya membutuhkan kalsinasi sebelum digunakan sebagai
bahan baku refraktori. Calcined alumina dibuat dengan proses Bayer, beberapa grade
tersedia dengan property yang sesuai dengan aplikasinya. Sintered Alumina dibuat
dengan peletisasi (peletizing) calcined alumina, lalu disinterisasi pada temperature
sangat tinggi (> 1800oC) di Rotary Kiln. Sintered pellet kemudian di remuk
(crushing) yang akan menghasilkan alumina kualitas sangat tinggi dengan butiran
kasar. Kadang-kadang juga disebut tabular alumina karena bentuk kristalnya yang
besar menyerupai tablet. Kandungan mineral utama adalah alumina α dengan hanya
sejumlah kecil sangat kecil (trace) alumina β (Na2O.11Al2O3). Fused Alumina
dibuat dengan cara melebur calcined bauxite atau calcined alumina di electric Arc
furnace (EAF). Material yang telah lebur tersebut lalu dicetak menjadi ingot dan
kemudian diremuk. Terdapat beberapa jenis fused Alumina, yaitu:
Brown Fused Alumina yang terbuat dari bauksit, selama peleburan pengotor-
pengotor dipisahkan sehingga akan diperoleh kandungan alumina sebesar 94 -
97%, pengotor yang tersisa akan memberikan warna coklat.
White Fused Alumina yang terbuat dari calcined Alumina dan mengandung
alumina sebesar > 99%, material ini bersifat sangat refraktori (> 1900oC),
densitasnya tinggi dan tangguh, bila warnanya pink maka mengandung oksida
Khrom sekitar 2%.
Gambar 2. White fused Alumina
Fused alumina mempunyai kristalisasi yang hamper sempurna sehingga
membuatnya sangat stabil, oleh karena itu mempunyai kekuatan yang sangat bagus
pada temperature tinggi dan ketahanan yang prima terhadap abrasi dan korosi.
Properti umum yang dimiliki refraktori alumina adlah sebagai berikut:
Kekuatan yang tinggi pada temperatur tinggi.
Sangat keras.
Bersifat Amphoter, ketahanan korosi yang bagus terhadap berbagai variasi
slag.
Konduktivitas panasnya lebih tinggi daripada kelompok alumino-silikat.
Kurang tahan terhadap kejut panas.
3. Silika
Silika membentuk sekitar 60% dari lapisan kerak bumi, sehingga bahan baku
untuk refraktori silica mudah tersedia. Sumber alaminya adalah kwarsa dan tanah
diatomae. Pasir silica adalah bahan baku utama. Pasir dpat berasal dari pantai,
lempung pasir, atau dibuat dengan meremuk batu pasir. Sedangkan tanah diatomae
atau diatomit mengandung rangka-rangka silica dari alga bersel tunggal yang disebut
diatom. Rangka-rangka tersebut tersusun dari silica hidrat dan silica amorf. Setelah
dikalsinasi material bersifat sangat porous dan ringan sehingga bagus digunakan
sebagi material insulator.
Gambar 3. Pasir Silika
Fused silica dibuat dengan melebur pasir murni, hampir sama dengan cara
membuat fused alumina, dengan sedikit perbedaan yaitu disertai quenching terhadap
material. Produknya bersifat amorf dan mempunyai ekspansi panas yang sangat
rendah, sehingga volumenya sangat stabil. Akan tetapi material hanya dapat
digunakan untuk periode yang panjang pada temperature sampai 1200oC, ketika itu
material gelas akan melunak dan membentuk kristobalit pada 1270oC.
Silika mempunyai banyak polimorf sehingga perubahan fasa akan terjadi bila
memanaskan silica, selain itu juga disertai dengan perubahan volume yang cukup
berarti. Hal ini akan menyebabkan masalah jika memanaskan material yang
mengandung kwarsa.
Penggunaan refraktori silica penggunaannya terus menurun, hal ini
disebabkan oleh perubahan-perubahan yang terjadi pada teknologi steelmaking
dimana membutuhkan refraktori yang mampu mengatasi temperature yang lebih
tinggi. Selain itu juga masalah kesehatan yang berkaitan dengan handling silica
(silikosis) juga turut menyumbang pada penurunan popularitasnya.
Properti umum dari refraktori silica adalah sebagai berikut:
Masih dapat menanggung beban sampai mendekati titik leburnya. Hanya sedikit
menyusut sampai 1600oC.
Tahan terhadap korosi leburan Fe dan slag asam
Insulator yang baik.
Sensitif terhadap kejut panas pada 600oC.
Bila terkena uap air dalam waktu yang lama dapat menyebabkan hancur
(crumbling).
Debu SiO2 dapat menyebabkan maslah kesehatan (Silikosis).
Refraktori Berdasarkan Bentuk
Berdasarkan bentuknya maka refaktori dapat dibagi atas:
1. Formed Refaktori
Terdapat berbagai bentuk refaktori tergantung penggunaannya yaitu apakah di
lantai, di dinding,di atap dll. Bentuk tersebut antara lain:
Straight
Arch
Wedge
Key
Plain dll
2. Unformed Refaktori ( Momolithic refactory )
Unformed refaktori adalah refaktori yang dipasarkan tanpa dibentuk terlebih
dahulu. Ada beberapa jenis Unformed refaktori antara lain:
Plastik refaktri
Ramming mixture
Gunning mixture
Castables
2.1 Plastik refaktori
Plastik refaktori umumnya mengandung lempung pengikat yang tinggi
sehingga dapat di bentuk dengan cara plastis. Bahan ini diproduksi siap pakai, dapat
dipakai atau dibentuk dengan tangan tanpa air.
2.2 Ramming mixture
Produk ini diperdagangkan dalam bentuk gumpalan yang rapuh, agak basah
atau kering dan dipadatkan dengan mesin vibrator. Terdapat ramming alumina tinggi
dengan komposisi corunndum dan lempung plastis, kadang - kadang dicampur
alumina phospat sebagai pengikat refaktori. Juga terdapat dalam campuran asam
dengan kuarsa, refaktori basa berbasis magnesia dan chrom. Sebagai pengikat
campuran ini maka ditambahkan waterglass, magnesium sulfat, sodium bichromat
atau tar, khususnya untuk ramming mixture dolomit.
2.3 Gunning mixture
Gunning mixture terdiri atas butiran halus yang dalam pemakaiannya di
semprotkan ke permukaan yang di inginkan dengan tekanan udara melalui hose. Pada
ujung nozzle biasanya ditambahkan air atau cairan untuk pengikat. Dengan cara ini
kehilangan bahan harusdiperhitungkan. Tungku baru biasanya dibiasanya dilapisi
dengan gunning mixture, biasanya pipa boiler dilapisi dengan SiC dengan cara
semprot.
2.4 Castable refaktori
Castable asalah agregat dengan penambahan binder hidrolik seperti semen
portland atau semen alumina. Agregat ini dibuat jadi “Castable” dengan
menambahkan kemudian dituang. Bahan akan disetting pada suhu kamar. Komposisi
yang sering dipakai adalah alumina tinggi, mulilite dan fireclay. Senyawa basa atau
asam dengan sodium silikat atau magnesium sulfat dapat juga dibuat castable dengan
menambahkan air.
3. Refaktori Mortar
Refaktori mortar termasuk Unformed refaktori, namun diberi klasifikasi lain
karena umumnya refaktori mortar dipakai terutama untuk menyambung “shape
refaktori” dan bukan dipakai untuk membuat suatu bentuk tertentu.
Ada beberapa syarat untuk refaktori mortar antara lain:
Bila dicampur air harus dapat membentuk konsistensi yang diperlukan, dapat
mengisi spasi antar bata.
Mempunyai refaktoriness dan refaktoriness under load yang memadai.
Mortar harus “setting” dan menempel ke bata, dan mempunyaikuat mekanis
tinggi setelah kering dan pada suhu tinggi.
Thermal expansion, suisut kering dan susut bakar harus sama dengan bata
yang disemen.
Refaktori mortar dapat terdiri dari kalsium aluminat. “low cement”, Ultra-low
cement, bahkan zero cement. Dalam hal ini pengikat yang dipakai adalah
silika koloid, pospat kering, dan silika kering.
Refaktori Berdasarkan Berat Jenis
Berdasarkan berat jenis refaktori dapat dibagi atas:
1. Refaktori berat (heavy weight refactory)
Disebut heavy weight bila bulk densitynya > 1,3 g/cm³. Umumnya dipakai
untuk refaktori yang langsung terkena panas/suhu tinggi.
2. Refaktori ringan ( light weight refactory )
Disebut light weight bila densitynya ≤ 1,3 g/cm³. Bila refaktori digunakan
pada suhu < 1000ºC maka refaktori tersebut refaktori isolasi. Dan bila digunakan
pada suhu > 1000ºC, refaktori disebut light weight refactory.
Refaktori Berdasarkan Cara Pembuatan
Berdasarkan cara pembuatan maka refaktori dibagi atas:
1. Burned refaktori
Termasuk kedalam burned refaktori adalah refaktori silika, fire clay, alumina
tinggi dll.
2. Unburned refaktori
Termasuk kedalam unburned refaktori adalah refaktori magnesit dan refaktori
karbon.
Fungsi Refaktori
Bahan refaktori memenuhi beberapa fungsi di seluruh cabang industri sebagai
berikut:
1. Mengisolasi ruangan reaksi panas dengan sekelilingnya untuk mencegah
kehilangan panas seminimum mungkin.
2. Menyimpan panas di regenerator untuk kemuadian dilepaskan
3. Untuk transfer panas pada rekuperator.
4. Memisahkan ruang api dengan ruang reaksi.
5. Melindungi bagian lain yang lebih mahal seperti steel dll.
6. Suhu proses pada industri tertentu berkisar antara 1000-1800ºC
Fungsi Utama Refaktori
Berdasarkan fungsi utama refaktori dapat dibagi atas:
1. Refaktori kerja
Refaktori ini disebut juga “heavy refactory” atau”working refactory”. Fungsi
utamanya adalah menahan suhu tinggi tanpa lebur.
2. Refaktori Isolasi
Fungsi utamanya adalah untuk mencegah panas keluar dari sistem.
Aplikasi Refaktori
Refaktori dipakai pada industri yang beroperasi pada suhu tinggi antara lain:
1. Industri Semen
2. Industri Baja
3. Industri Pupuk
4. Industri Timah
5. Industri Nikel
6. Industri Kapur
7. Industri Keramik
8. Industri Aluminium
9. Industri Kertas
10. Industri Kimia
11. Industri Gelas
12. Industri Perminyakan
Syarat Refraktori :
1. Pada Temperatur tinggi dan berbagai kondisi :
2. Mampu mempertahankan bentuk
3. Mampu mempertahankan kekuatan
Tujuan Penggunaan Refraktori :
Menahan laju perpindahan panas didalam dapur ( furnace ) ke luar.
Sifat - Sifat Refraktori :
Sifat Fisik dan Termal :
1. Titik Lebur
2. Porositas
3. Kekuatan Panas Dan Dingin
4. Termal Ekspansi
5. Konduktivitas Panas
6. Temperatur Sintering
7. Penyusutan
Sifat - Sifat Refraktori yang Diperlukan :
1. Tahan terhadap suhu tinggi
2. Tahan terhadap Perubahan suhu yang mendadak
3. Tahan terhadap lelehan terak logam, kaca, gas panas
4. Tahan terhadap beban pada kondisi perbaikan
5. Tahan terhadap beban dan gaya abrasi
6. Menghemat panas
7. Memiliki koefisien ekspansi panas yang rendah
8. Tidak boleh mencemari bahan yang bersinggungan
Kebutuhan Refraktori :
1. Komsumsi refraktori :
Laju pertumbuhan industri
pengguna refraktori
terutama besi dan baja
2. Produksi dalam negeri :
kualitas dan kuantitas
belum mampu mencukupi
sehingga masih
Tantangan dan peluang :
1. Mengenali refraktori dan teknologi pembuatanya.
2. Bahan galian industry: dolomit , kaolin, bauksit alumina, silica banyak
terdapat di Indonesia.
Pembagian refraktori :
Menurut ketahanannya terhadap temperatur :
1. Refraktori Biasa (1580 - 1770oC )
2. Refraktori Tinggi (1780 – 2000oC)
3. Refraktori Super ( diatas 2000oC)