Sebagai teknologi peleburan logam yang sangat efisien dan bersih, tungku induksi memainkan peran penting dalam industri metalurgi dan pengecoran modern, berkat prinsip pemanasan induksi elektromagnetik yang unik. Dari bahan besi dan baja curah hingga logam mulia halus, penerapan tungku induksi mencakup berbagai sektor pengolahan logam. Namun, disesuaikan dengan sifat fisik dan kimia yang berbeda dari logam yang berbeda, poin teknis dan tantangan yang dihadapi selama proses peleburan juga sangat bervariasi.
Peleburan Besi Cor: Seni Menyeimbangkan Biaya dan Kualitas
Tungku induksi telah menjadi peralatan utama untuk memproduksi besi cor, terutama besi cor bermutu tinggi. Keunggulannya terletak pada kecepatan leleh yang cepat, Kontrol suhu yang tepat, dan kemudahan mengatur komposisi logam cair.
Poin Teknis
- Manajemen dan Proporsi Biaya: Untuk menjamin kinerja akhir dari besi cor, ada persyaratan ketat untuk proporsi dan kualitas bahan muatan seperti runner dan riser, baja bekas, besi kasar, karburator, dan ferrosilikon. Proporsi baja bekas yang digunakan, secara khusus, secara langsung mempengaruhi konsumsi energi dan kualitas metalurgi besi cair.
- Pencairan Cepat dan Pemanasan Super: Tungku induksi dapat dengan cepat menaikkan suhu besi cair hingga lebih dari 1500°C. Pemanasan berlebih yang efektif membantu menghilangkan keturunan grafit dan mendorong pembentukan grafit Tipe-A, sehingga meningkatkan sifat mekanik pengecoran.
- Perawatan Inokulasi: Ini merupakan langkah penting yang menentukan kinerja besi cor. Menambahkan inokulan ke besi cair sebelum disadap akan meningkatkan lokasi nukleasi grafit, menghaluskan struktur butir, dan mencegah pembentukan besi dingin (besi putih) dan grafit yang didinginkan.
- Pemilihan Bahan Lapisan: Memilih lapisan yang tepat—bersifat asam, netral, atau dasar—sangat penting dan bergantung pada kualitas besi tuang yang dilebur (MISALNYA., besi abu-abu, Besi ulet) dan suhu leleh. Lapisan yang sesuai dapat secara efektif menahan korosi kimia dan erosi mekanis dari besi cair bersuhu tinggi.
Tantangan
- Kehilangan Elemen dan Kontrol Komposisi: Di bawah suhu tinggi dan pengadukan elektromagnetik, unsur-unsur dalam besi cair seperti karbon (C), silikon (Dan), dan mangan (M N) akan teroksidasi dan hilang. Bagaimana memprediksi secara akurat dan mengkompensasi hilangnya unsur ini merupakan tantangan besar dalam menjaga kestabilan komposisi kimia dalam coran.
- Penyerapan dan Inklusi Gas: Karat dan kelembapan disebabkan oleh bahan pengisi daya, serta nitrogen (N₂) dan oksigen (O₂) dari atmosfer, dapat dengan mudah larut dalam besi cair, menyebabkan cacat pengecoran seperti porositas gas dan lubang kecil. Selain itu, inklusi non-logam seperti oksida yang dihasilkan selama peleburan sulit dihilangkan seluruhnya.
- Kecenderungan hipotermia: Dibandingkan dengan tungku kubah, besi cair dari tungku induksi memiliki tingkat pendinginan berlebih yang lebih tinggi, membuatnya lebih rentan membentuk morfologi grafit yang tidak diinginkan seperti Tipe-D dan Tipe-E, sehingga memiliki ketergantungan yang lebih tinggi pada pengobatan inokulasi.
- Konsumsi Daya dan Pengendalian Biaya: Struktur biaya yang tidak masuk akal (MISALNYA., terlalu banyak potongan yang ringan dan tipis) atau pengoperasian yang tidak tepat (MISALNYA., tahan pada suhu rendah untuk waktu yang lama) dapat secara signifikan meningkatkan konsumsi listrik per ton besi, berdampak pada efisiensi ekonomi.
Peleburan Baja Tahan Karat: Pertempuran untuk Melindungi Elemen Paduan
Tungku induksi sangat cocok untuk memproduksi berbagai jenis dan batch kecil baja tahan karat karena fleksibilitasnya yang tinggi.
Poin Teknis
- Bahan Pengisi Daya dengan Kemurnian Tinggi: Tungku induksi sendiri tidak memiliki kemampuan pemurnian, jadi kemurnian bahan muatan sangat penting. Penting untuk menggunakan baja tahan karat bekas, kembali, dan paduan seperti kromium dan nikel yang memiliki kandungan pengotor rendah dan komposisi yang diketahui.
- Kontrol Oksidasi: Kunci peleburan baja tahan karat adalah mengendalikan hilangnya unsur-unsur yang mudah teroksidasi, terutama kromium (Cr). Hal ini biasanya dicapai dengan menutup kolam cair dengan terak pelindung, mengendalikan atmosfer tungku, atau melakukan peleburan dalam tungku induksi vakum.
- Kontrol Suhu Yang Tepat: Baja tahan karat memiliki titik leleh yang tinggi dan sensitif terhadap suhu penuangan. Kemampuan kontrol suhu yang tepat dari tungku induksi merupakan suatu keuntungan, secara efektif mencegah oksidasi unsur yang parah dan pembentukan butiran kasar yang disebabkan oleh suhu yang terlalu tinggi.
- Ketahanan Korosi pada Lapisan: Terak yang dihasilkan selama peleburan baja tahan karat sangat korosif, menempatkan tuntutan tinggi pada sifat tahan api dan ketahanan kimia dari bahan pelapis (biasanya magnesia- atau berbahan dasar alumina-magnesia).
Tantangan
- Tingkat Pemulihan Kromium (Cr): Kromium adalah elemen inti yang paling penting dan paling mudah teroksidasi dalam baja tahan karat. Tantangan utama dalam mengurangi biaya dan memastikan kualitas adalah bagaimana meminimalkan hilangnya oksidatif kromium dan memaksimalkan tingkat pemulihannya selama proses peleburan..
- Kurangnya Kemampuan Pemurnian: Berbeda dengan Tungku Busur Listrik-AOD (Dekarburisasi Oksigen Argon) proses dupleks, tungku induksi tidak dapat menghilangkan unsur pengotor dari baja cair. Karena itu, kualitas bahan pengisi secara langsung menentukan kualitas produk akhir. Untuk baja tahan karat kelas atas yang memerlukan kontrol ketat terhadap kotoran berbahaya seperti fosfor (P) dan belerang (S), tungku induksi menghadapi tantangan yang signifikan.
- Keseragaman Komposisi Paduan: Meskipun pengadukan elektromagnetik membantu menghomogenkan komposisi, memastikan distribusi elemen paduan yang seragam dengan perbedaan kepadatan yang besar masih memerlukan proses operasional yang dirancang dengan baik.
Peleburan Tembaga dan Aluminium: Uji Ganda Konduktivitas dan Oksidasi
Peleburan tembaga dan aluminium serta paduannya sangat umum terjadi pada aplikasi tungku induksi, namun sifatnya masing-masing membawa kesulitan teknis yang berbeda.
Peleburan Tembaga dan Paduan Tembaga
- Poin Teknis
- Pemilihan Frekuensi Sedang Sumber Daya listrik: Tembaga memiliki resistivitas yang sangat rendah dan konduktivitas listrik yang sangat baik. Untuk mencapai efisiensi peleburan yang ideal, catu daya frekuensi menengah biasanya dipilih untuk memanfaatkan “efek kulit,” memusatkan energi pada permukaan muatan tembaga untuk peleburan yang cepat.
- Pemilihan Lapisan: Cawan lebur grafit atau cawan lebur grafit tanah liat sering digunakan untuk peleburan tembaga atau kuningan murni, sementara bahan pelapis yang lebih tahan korosi diperlukan untuk peleburan paduan seperti perunggu.
- Mencegah Oksidasi dan Penyerapan Gas: Tembaga cair sangat rentan terhadap oksidasi dan penyerapan gas (terutama oksigen dan hidrogen) pada suhu tinggi, yang dapat menyebabkan inklusi oksida dan porositas dalam pengecoran. Karena itu, sangat penting untuk menggunakan bahan penutup seperti arang atau bubuk grafit untuk melindungi permukaan dan untuk mengontrol suhu dan waktu leleh.
- Tantangan
- Efisiensi Rendah Karena Konduktivitas Tinggi: Konduktivitas tembaga yang sangat baik menghasilkan efisiensi pemanasan induksi yang relatif rendah, menempatkan tuntutan yang lebih tinggi pada desain koil induksi dan pencocokan catu daya.
- “Penyakit Hidrogen” Masalah: Ketika tembaga cair yang mengandung oksigen membeku dalam suasana reduksi, hidrogen terlarut bereaksi dengan oksida tembaga membentuk uap air, menyebabkan keretakan internal, sebuah fenomena yang dikenal sebagai “penyakit hidrogen.” Ini merupakan kendala teknis utama saat peleburan tembaga, terutama tembaga bebas oksigen.
Peleburan Aluminium dan Paduan Aluminium
- Poin Teknis
- Kontrol Suhu Yang Tepat: Aluminium memiliki titik leleh yang rendah tetapi konduktivitas termal yang tinggi, membuat suhu mudah kehilangan kendali. Temperatur yang berlebihan akan memperburuk oksidasi dan penyerapan hidrogen pada lelehan aluminium.
- Degassing dan Penghapusan Sampah: Aluminium cair mudah menyerap hidrogen dan dengan mudah membentuk inklusi seperti alumina (Al₂O₃). Karena itu, setelah meleleh, perawatan pemurnian yang efektif sangat penting, menggunakan gas inert (seperti argon) bahan penghalus yang menggelegak atau padat untuk menghilangkan hidrogen dan sampah.
- Mencegah Kontaminasi Besi: Aluminium cair dapat menimbulkan korosi pada peralatan dan perlengkapan yang mengandung besi, menyebabkan kandungan besi berlebihan yang menurunkan sifat paduan. Karena itu, perkakas harus memiliki lapisan pelindung yang baik atau terbuat dari bahan nonlogam.
- Tantangan
- Tinggi Kelarutan Hidrogen: Kelarutan hidrogen dalam aluminium cair jauh lebih besar dibandingkan aluminium padat. Sebagai akibat, itu mudah mengendap selama pemadatan untuk membentuk lubang kecil, yang merupakan cacat paling umum pada coran aluminium.
- Menangani Film Oksida: Lapisan tipis aluminium oksida dengan cepat terbentuk di permukaan aluminium. Meskipun film ini sampai batas tertentu dapat mencegah oksidasi logam lebih lanjut, jika film yang pecah tercampur ke dalam lelehan selama peleburan, itu akan membentuk cacat inklusi yang parah.
- Lapisan “Membasahi” Masalah: Aluminium cair dapat bereaksi dengan dan “basah” bahan pelapis tertentu, membuat pembuangan terak menjadi sulit dan berpotensi merusak lapisan. Memilih bahan tahan api khusus yang tahan “mengompol” sangat penting.
Peleburan Emas dan Perak: Pengejaran Tertinggi Terhadap Nilai dan Kemurnian
Untuk logam mulia seperti emas dan perak, tujuan utama peleburan adalah meminimalkan kerugian dan memastikan kemurnian.
Poin Teknis
- Wadah dengan Kemurnian Tinggi: Cawan lebur grafit atau keramik dengan kemurnian tinggi (seperti kuarsa) harus digunakan untuk mencegah kotoran dari bahan wadah mengkontaminasi logam mulia cair.
- Pencairan Cepat: Kecepatan tinggi dan panas terkonsentrasi dari pemanasan induksi secara signifikan mempersingkat waktu leleh, sehingga mengurangi hilangnya logam mulia yang mudah menguap pada suhu tinggi.
- Kontrol Suhu dan Pengadukan yang Tepat: Kontrol suhu yang tepat dapat mencegah hilangnya logam akibat suhu yang terlalu tinggi. Efek pengadukan elektromagnetik bermanfaat untuk menciptakan paduan yang homogen (seperti emas Karat) dengan mencampurkan berbagai komponen secara merata.
- Perlindungan Tersegel atau Suasana: Untuk peleburan yang sangat halus atau sensitif terhadap atmosfer, prosesnya dapat dilakukan dalam ruang hampa atau di bawah atmosfer gas inert dalam tungku induksi untuk menghilangkan oksidasi sepenuhnya.
Tantangan
- Pengendalian Kehilangan Logam: Emas dan perak sangat berharga, dan kerugian kecil apa pun akibat cipratan, penguapan, atau terbawa terak akan mengakibatkan kerugian ekonomi yang cukup besar. Setiap langkah operasi harus dilakukan dengan sangat hati-hati.
- Jaminan Kemurnian: Selama proses peleburan, kontaminasi apa pun dari kotoran eksternal harus dicegah dengan ketat. Hal ini menempatkan tuntutan yang sangat tinggi pada sumber bahan muatan, kebersihan alat, dan lingkungan peleburan.
- Batch Kecil dan Fleksibilitas: Peleburan logam mulia biasanya melibatkan batch kecil dan berbagai jenis, yang mengharuskan peralatan tungku induksi fleksibel dan memungkinkan perubahan wadah yang cepat untuk beradaptasi dengan tugas peleburan yang berbeda.
Dengan kelebihannya yang unik, tungku induksi telah menemukan tempatnya dalam berbagai aplikasi peleburan, dari besi dan baja biasa hingga logam mulia yang tak ternilai harganya. Namun, kunci keberhasilan penerapannya terletak pada pemahaman mendalam dan respons efektif terhadap tantangan spesifik yang ditimbulkan oleh berbagai logam selama proses peleburan.. Baik itu pengendalian kualitas metalurgi besi cor, perlindungan elemen paduan dalam baja tahan karat, masalah oksidasi dan penyerapan gas pada tembaga dan aluminium, atau jaminan kerugian minimal dan kemurnian tinggi untuk logam mulia, mencapai efisien, berkualitas tinggi, dan peleburan yang ekonomis memerlukan kombinasi pengetahuan ilmu material yang mendalam, teknologi peralatan canggih, dan manajemen proses yang disempurnakan.
