Bata Tahan Api jenis Isolasi (Insulation Brick)


Bata Tahan Api jenis isolasi (insulation brick) yang selanjutnya di sebut bata isolasi dalam tulisan ini merupakan salah satu jenis refraktori (material tahan temperatur tinggi) yang pada umumnya di gunakan untuk mengisolir/menahan/mempertahankan suhu pada suatu furnace. Pembuatan bata isolasi membutuhkan material yang ringan serta konduktifitas panas yang rendah, diperoleh dengan banyaknya porositas dalam suatu produk. Porositas diperoleh pada saat proses manufaktur dengan menambahkan material organik maupun material mudah terbakar seperti serbuk gergaji, dan  Styrine foam ke dalam campuran agregat. Selama pembakaran bahan organik akan terbakar habis, dan meninggalkan pori di dalam bata. Selain itu dapat juga menggunakan material ringan seperti diatomea yang memiliki banyak pori yang terkandung di dalamnya. Tingginya porositas yang terkandung mengakibatkan rendahnya konduktifitas panas dan menurunkan kapasitas panas dari refraktori. Menurut Standard SNI-15-1571-2004 bata isolasi diklasifikasikan menjadi beberapa kelas.

Tabel 1. Klasifikasi Bata Isolasi SNI-15-1571-2004 (BSNI, 2004)

Kelas

SK Density Konduktfitas termal Kuat tekan min. Susut kemudian 2%
(g/cm3) pada 350°C ±10°C (Kcal/mj°C) (Mpa) (°C) max.
A-1 16 0,54 0,13 0,49 845
A-2 16 0,54 0,14 0,49 900
A-3 16 0,54 0,15 0,49 1000
A-4 20 0,63 0,16 0,784 1065
A-5 20 0,64 0,16 0,784 1065
A-6 20 0,7 0,17 0,9 1100
A-7 20 0,75 0,17 0,95 1200
B-1 23 0,77 0,17 2,45 1230
B-2 23 0,77 0,18 2,45 1230
B-3 23 0,77 0,2 2,45 1230
B-4 25 0,78 0,22 2,45 1400
B-5 25 0,8 0,22 2,45 1400
B-6 26 0,84 0,22 2,45 1400
B-7 26 0,86 0,22 2,45 1400
C-1 30 1,09 0,3 4,9 1540
C-2 32 1,26 0,38 6,8 1540
C-3 32 1,28 0,48 10 1540

 Penggolongan bata isolasi berdasarkan SK (seger cone) merupakan kesetaraan nomor pancang orthon dari pengujian Pyrometric Cone Equivalent, Bulk Density (g/mm3), konduktifitas termal pada 350 oC (Kcal/mj°C), Kuat tekan minimum (Mpa), serta susut kemudian 2% (°C).

Bata isolasi diklasifikasikan menjadi tiga kelas yaitu kelas A, kelas B, dan kelas C. Kelas A  terdiri dari kelas A-1 sampai dengan kelas A-7, kelas B terdiri dari kelas B-1 sampai dengan kelas B-7, dan kelas C terdiri dari kelas C1 sampai dengan C-3.

Bata isolasi digunakan sebagai penahan panas dari sebuah tungku atau aplikasi temperatur tinggi untuk merekayasa temperatur akhir di luar dinding tungku. Pemasangan bata isolasi disesuaikan dengan temperatur kerja tungku, sehingga dapat menentukan berapa banyak bata isolasi yang digunakan untuk menahan panas yang akan hilang

            Bahan baku dibutuhkan untuk memproduksi bata isolasi dapat dikategorikan menjadi empat bagian antaralain:

  1. Agregat (Grog)
  2. Pengikat (misal: Ballclay)
  3. Pembentuk pori (misal: Polystyrene)
  4. Air Demineral
  • Agregat (Grog)

      Grog merupakan bahan baku yang digunakan dalam industri refraktori maupun industri keramik. Lempung tahan api dibakar pada temperatur tinggi akan menghasilkan grog. Ballclay dibakar pada temperatur 1380oC  untuk menghasilkan grog dengan penyerapan air sebesar 1% (Hancock, 1988). Grog juga dapat berasal dari bata refraktori bekas yang dihancurkan dan dipisahkan menurut ukuran butir tertentu. Grog biasa digunakan untuk membuat agregat yang padat.

  • Pengikat (Ballclay)

             Ballclay termasuk material lempung tahan api. Ballclay adalah lempung sedimen dengan ukuran butir sangat halus, biasanya banyak mengandung bahan organik dan mempunyai keplastisan yang baik, kuat lentur tinggi, dan berwarna putih setelah pembakaran (Fine Ceramic Technology and Application). Beberapa hal yang membedakan ballclay dengan material lempung tahan api lainnya ialah ditinjau dari susut bakar yang dimiliki.

Tabel 2 Susut bakar lempung tahan api (Hancock, 1988)

Jenis Lempung Tahan Api

Susut Bakar (% volume)

Fireclays

3,3

Flint Clays

0,2

Ballclay

22,1

China Clays/Kaolin

15,6

 

Definisi ballclay secara umum adalah lempung sedimenter yang mempunyai butir-butir sangat halus, yang mengandung bahan organik, mempunyai keplastisan tinggi dan kekuatan kering yang tinggi serta jika dibakar mempunyai warna putih atau krem.

  • Pembentuk Pori (Styrine foam)

Bata isolasi bekerja sebagai penahan panas karena terdapat sejumlah pori pada bagiannya. Semakin banyak pori yang terkandung maka akan semakin menurunkan daya hantar panas bata. Dengan kata lain fungsi sebagai isolasi panas akan lebih baik. Pori dengan ukuran kecil namun tersebar merata memiliki daya hantar yang rendah dibandingkan dengan diameter pori yang besar yang jumlahnya sedikit. Pada umumnya material isolasi memiliki porositas sebesar 45%-75%, sedangkan untuk isolasi temperature tinggi memiliki porositas lebih dari 85%.

Material yang umum digunakan sebagai pembentuk pori antara lain serbuk gergaji, sekam padi , serta polystyrene. Material pembuat pori akan terbakar habis dan menyisakan rongga udara yang berfungsi untuk menurunkan konduktifitas panas. Polystyrene akan menguap pada temperature 300oC sampai dengan 700oC tanpa meninggalkan abu sisa pembakaran.

  • Air

Air digunakan untuk membantu merekatkan antara agregat, perekat dengan pembuat pori.  metoda semi basah digunakan sebanyak 6% sampai 9% dari berat agregat. Kualitas air yang dipakai harus bersih dan dapat diminum yang termasuk dalam kategori air demineral, pH 6-8 (netral). Air demineral adalah air minum yang diperoleh dari proses pemurnian seperti destilasi, deionisasi, reverse osmosis, atau proses yang setara dan aman diminum (SNI 01-0241-2000 Air Demineral).

INVESTIGASI ENGINEERING


Tanggal          :   April 2013
Judul               : Problem Slidegate Ladle No 13 Unit SSP 1 PT Krakatau Steel (Persero)Tbk
Report by       : Riki Gana

=====================================================

PROLOG

Telah terjadi problem di ladle no 13 pada tanggal 10 April 2013 shift III/IV no heat 805762 grade 2A1715AD di duga akibat adanya baja balik yang selanjutnya menempel pada slider dan frame housing dan macetnya slide gate  (Baja rest 80 ton ).

KRONOLOGI KEJADIAN

  • Ladle No 13. Mulai casting di CC II jam 21.20 pada saat slide gate dibuka baja tidak keluar (opening rate not ok) .
  • Ladle shroud dibuka dan dilakukan injeksi oksigen 2 kali.
  • Setelah baja keluar kemudian dipasang kembali ladle shroud.
  • Setelah casting kurang lebih 15 menit (40 ton) slide gate digerakan tidak bisa, untuk menghindari hal yang tidak diinginkan (problem besar) maka casting di stop dan ladle diputar ke ladle emergency.
  • Baja cair kemudian dipindah ke ladle no 16.

INVESTIGASI & ANALISA PENYEBAB

Pada saat ladle 3.1 diposisi stand pre heating dilakukan pengecekan awal. Dimana pada daerah luar slidegateterdapat baja cair yang menempel pada slider dan frame housing, dan adanya lelehan baja beku pada lubang long nozzle, hal ini mengindikasikan adanya muncratan baja (baja balik) yang terjadi saat casting dilakukandan kemudian menghambat pergerakan slide gate ( Gambar 1& 2 ).

Kemudian untuk memastikan apakah terjadi penetrasi atau tidak (pada refraktori cassete plate –upper & lower), kami lakukan pembongkaran pada komponen slidegate tersebut.Setelah dilakukan pembongkaran, tidak ditemukan adanya baja cair yang menempel pada cassete, sehingga mengindikasikan bahwa tidak ada penetrasi atau tidak ada baja yang keluar dari upper plate dan lower plate ( Gambar 3).

SAM_3132

Catatan Tambahan:

Pada saat diamati lebih rinci, pada upper plate terdapat lelehan baja disekitar lubang (tidak dalam jumlah yang sangat banyak).Dengan dilakukannya injeksi oksigen dua kali (karena opening rate not ok) menyebabkan percikan baja menempel di sekitar lubang cassete, dalam jumlah yang banyak hal ini bisa mengganjal pergerakan SG. Disamping itu, akibat adanya perubahan sistem automasi pada saat casting di SSP 1, akan menyebabkan pergerakan slidegate sangat cepat sehingga menimbulkan deposit/fins, adanya deposit/fins dalam jumlah banyak ini akan mengganjal pergerakan dari SG (macet).

KESIMPULAN

Dari bukti-bukti yang didapat maka dapat disimpulkan sebagai berikut:

  1. Tidak terjadi penetrasi pada celah cassete plate (antara upper dan lower), problem yang terjadi karena adanya baja balik saat opening rate tidak bagus dan dilakukannya injeksi oksigen sehingga ada baja yang menempel pada slider, frame housing dan long nozzle menyebabkan terhambatnya pergerakan slide gate.
  2. Deposit/fins baja yang terjadi akibat adanya sistem automasi di mesin Concast SSP 1 dalam jumlah banyak akan menyebabkan terganjalnya pergerakan slide gate.

 LANGKAH PERBAIKAN & SARAN

  1. Mengusulkan kepada pihak operasi PT SMS agar dilakukan pengarahan/ sumbang saran danup-gradingterkait pelaksanaan SOP di SSP 1.
  2. Mengoptimalkan fungsi pengawasan dan pelaksanaan pekerjaan terutama untuk pengecekan cassete plate.
  3. Untuk mengecek fins dan mengetahui erosi agar setiap heat cassete plate dicek menggunakan fuller dan apabila fuller sudah lewat batas yang ditentukan caseteharus diganti.
  4. Sebagai langkah pencegahan, setiap turun casting agar dilakukan pengecekan pada mounting bolt dan fastening screw (baut tension element). Apabila saat pengecekan ditemukan hal yang janggal maka hubungi atasan terkait dan pengawas KS.
  5. Setiap penggantian Nozzle ladle baru agar dilakukan pengecekan tension element (tekanan spring) tekanan maksimum 60 kN min 38 kN dan apabila pada saat pengecekan tekanannya sudah 38 kN agar diputuskan tidak dioperasikan (informasikan keatasan yang bersangkutan dan pengawas KS).

PENUTUP

Demikian laporan ini dibuat, semoga menjadi bahan koreksi bersama untuk perbaikan pada waktu yang akan datang. Atas kerjasamanya kami haturkan terima kasih.

****

//

ANALISIS KEGAGALAN REFRAKTORI CASTABEL


Faktor-faktor penyebab terjadinya kerusakan refraktori kastabel dapat dianalisis sebagai berikut:

4.1     Konstruksi/ Pemasangan Kastabel

  • Komposisi kastabel tidak sesuai dengan kinerja operasi tungku/dapur (keslahan rancangan komposisi dan atau distribusi partikel butiran).
  • Penyiapan massa aduk kastabel-air.

1)      Kelebihan air pencampur.

2)      Terlalu lama proses pengadukan dan atau waktu pemasangan/pengecoran.

  • Pekerjaan konstruksi pemasangan kastabel.

a)      Densitas tidak sesuai rancangan dan porositas kastabel terlalu besar (>20%).

b)      Tidak adanya ruang dilatansi atau ekspansi pada permukaan kastbel dan struktural joint antar sambungan kontruksi kastabel.

c)      Teknik kontruksi tidak tepat workabilitasnya (vibrasi, spraying, pumping, selp flowing dan sebagainya).

4.2     Metode Heating Up atau Pra Pembakaran

Kecepatan pemanasan kastabel terpasang tidak sesuai skedul semestinya. Pemanasan dilakukan dengan kecepatan yang terlalu tinggi pada trayek temperatur 25-110 0C, 110-500 0C, 500-900 0C dan 900-suhu maksimum 1400 0C.

4.3     Imputri

Impuriti dalam masa bahan yang dipanaskan atau dileburkan dalam tungku/ dapur banyak mengandung uap pada suhu operasi, misal : K2O, SO4, Cl2 dan sebagainya yang dapat menetrasi kedalam kastabel refraktori. Leburan bahan yang dipanaskan tungku/dapur mengandung leburan alkali silikat, besi silikat dan kalsium alumina silikat atau kalsium silikat (slag).

 

4.4     Terjadinya Thermal spalling

Agregat dalam kastabel mempunyai thermal expantion yang tinggi  (> 7 x 10 -6 0C-1) sedangkan pengoperasian tungku terlalu mengejut perubahan teperaturnya.

4.5     Mechanical spalling

Suhu operasi tungku/ dapur yang tinggi menyebabkan menurunnya ketahanan kastabel refraktori menerimabeban dalam keadaan panas temperatur tinggi lebih besar (> 1400 0C).

Turunnya ketahanan kastabel menerima beban pada temperatur tinggi ditandai terjadinya retak-retak yang makin membesar sehingga terjadi gumpil (peeling), terkelupas (wearing) dan sebagainya.

Beton refraktori harus memiliki hot modulus of rufture pada suhu 1400-1500 0C yang cukup tinggi (> 50 Kg/cm2).

4.6     Chemical Attacking

Mekanisme serangan kimia dapat terjadi karena adanya reaksi peleburan antar komponen dalam kastabel, komponen dalam kastabel dengan komponen slag atau leburan atau penetrasi uap dalam bahan yang dipanaskan kedalam kastabel.

Terjadinya reaksi serangan kimia menyebabkan kastabel tererosi oleh penetrasi leburan sehingga menyebabkan mechanical spalling.

Komponen-komponen pembentuk leburan adalah CaO, K2O, Na2O, FeO, Fe2O3 dan bereaksi pada suhu tinggi dengan silica (SiO2) membentuk leburan CaO 2 SiO2, CaO 2 SiO2, 2 CaO Al2O3 SiO2, 2 FeO 2 SiO2, K2O/Na2O x SiO2 dan lainnya yang melebur pada suhu < 1400 0C.

Selain itu, serangan kimia juga terjadi karena adanya reaksi oksidasi dan reduksi.

Contoh:

1). Kastabel Al2O3 – SiC

SiC + O2 à SiO2 + CO2         (Oksidasi)

2). Kastabel MgO.C

MgO.C + O2 à MgO + CO2

MgO.C + SiO2 à MgO + Si + CO2

Komponen dalam leburan.

3). 2 Fe (leburan) + Al2O3 à 2 Al + Fe2O3

Al (leburan) + SiO2 àAl2O3 + Si

4). Fe2O3 + CO à 2 FeO + CO2

       2 FeO + SiO2 à 2 FeO. SiO2 (leburan).

Usaha perbaikan dalam pemakaian kastabel pada suhu diatas 1400 0C adalah dengan pemilihan bahan dan komposisi yang rendah kadar alkali (K/Na), kapur (CaO), FeO/Fe2O3 dan SiO2.

Kadar alkali tidak boleh melebihi 1 %, kapur (CaO) < 1 %, FeO/Fe2O3 < 0,5 % dan SiO2 < 3 %.

Formula kastabel yang dipilih harus diuji dahulu. Sifat-sifatnya seperti B.V, CCS, porositas, Reheating Shrinkage, HOT MOR dan PCE nya. Persyaratan tersebut dapat merujuk standar berlaku SNI, ASTM dan sebagainya.

Ref: JD. HANCOCK

KASTABEL REFRAKTORI


Gambar

Kastabel refraktori (Refractory Castables) adalah campuran kering bahan agregat (grog) refraktori dan bahan perekat tahan api dengan atau tanpa bahan tambahan (aditif). Grog refraktori adalah bahan refraktori yang telah mengalami proses kalsinasi (pemanasan) pada suhu tinggi, sehingga grog memilki sifat-sifat fisika seperti kuat pecah tinggi, berat jenis tinggi, porositas redah, dan susut atau memuainya rendah. Dari segi ketahanan terhadap temperatur tinggi (refractoryness), agregat castabel mempunyai nilai P.C.E. (Pyrometric Cone Equivalent) lebih tinggi dari pada perekatnya. Dalam campuran castabel, agregat tersusun dari butiran-butiran yang berukuran kasar, sedang dan halus dalam proporsi jumlah yang ditentukan persentasenya.

Berdasarkan mekanisme ikatannya, castabel dapat digolongkan sebagai berikut:

  • Cement Bonded Castables (umumnya castabel)
  • Clay Bonded Castables
  • Chemical Bonded Castables (umumnya : phosphat bonded)
  • Cementless Castables/ Zerro Cement Castables/ No Cement Castables.

Menurut ASTM C 401-91 (95), kastabel efraktori dengan jenis agregat (grog) alumina an alumina silikat, kastabel diklasifikasikan berdasar kadar CaO (Calsium Okside) dalam kastabel yaitu :

  • Regulator Castables Refractories, bila kadar CaO > 2,5%
  • Low Cement castables Refractories, bia CaO = 1,0-2,5%
  • Ultra Low Cement castables Refractories, bila CaO = 0,2-1,0%
  • No Cement castables Refractories, bila CaO < 0,2%

Dalam produksinya castabel refraktori harus dikemas dalam kemasan yang kedap udara agar tidak terjadi “moisture absorbtion” yang menebabkan perubahan kualitas castabel pada saat digunakan.

Aplikasi kastabel refraktori dapat dilakuan dalam berbagai teknis, misalnya : FRECAS, VIBROCES, GUNNING/ SPRAYING, PUMPING atau SHOOTCREATING dan sebagainya.

Ditinjau dari jumlah pemakaian semen kastebel refraktori dikelompokkan kedalam kastebel konvensional jika jumlah semen alumia yang digunakan 15-25% berat kastabel kering. Bila jumlah semen antara 5-10%, kastabel tergolong kastabel semen rendah dan bila jumlah semen < 2-4% disebut kastabel semen ultra rendah.

Dalam pengaplikasiannya kastabel refraktori sering ditambah dengan bahan tambah lain yang berfungsi mereduksi penggunaan air pencampur (deflokulan), pemacu setting (acceleator), pelambat setting (retarder), surfactant (memperbesar tegangan muka cairan), oksida submicron) untuk pembentuk gel dan mempertinggi kekuatan kastabel setelah setting, peningkat keplastisan dan sebagainya.