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)