Bloomery: Tungku Peleburan Besi Tradisional & Perannya dalam Pembuatan Baja

Definisi dan Konsep Dasar

Seorang bloomery adalah jenis tungku yang secara historis digunakan untuk melebur besi dari bijihnya. Ini adalah perangkat proses reduksi langsung yang mengubah oksida besi menjadi besi logam dengan menguranginya menggunakan bahan bakar kaya karbon seperti arang atau kokas. Tujuan utama dari bloomery adalah untuk memproduksi bloom, massa berpori dari besi spons yang mengandung inklusi terak, yang kemudian dapat diproses lebih lanjut menjadi besi tempa atau baja yang dapat digunakan.

Dalam rantai pembuatan baja, bloomery mewakili langkah pemrosesan awal yang mendahului teknologi tungku tiup modern. Ini terutama terkait dengan pembuatan besi pra-industri dan skala kecil tetapi memberikan wawasan dasar tentang prinsip metalurgi yang masih relevan hingga saat ini. Dalam alur proses pembuatan baja secara keseluruhan, peran bloomery adalah untuk mengubah bijih mentah menjadi bentuk logam setengah jadi yang cocok untuk ditempa, memurnikan, atau pemrosesan lebih lanjut.

Desain Teknis dan Operasi

Teknologi Inti

Teknologi inti dari bloomery melibatkan reduksi langsung bijih besi dalam tungku keadaan padat. Berbeda dengan tungku tiup, yang bergantung pada semburan udara panas yang terus menerus, bloomery beroperasi dengan aliran alami atau aliran paksa untuk mempertahankan suhu tinggi. Desain tungku memfasilitasi reduksi kimia oksida besi (Fe₂O₃, Fe₃O₄) menjadi besi logam (Fe) melalui serangkaian reaksi termokimia.

Komponen teknologi kunci meliputi:

• Rangka tungku: Biasanya dibangun dari bata tahan api atau tanah liat, berbentuk sebagai poros vertikal atau wadah berbentuk lonceng.
• Sistem pengisian: Untuk memuat bijih besi, arang, dan bahan fluks.
• Pemasokan udara: Sebuah tuyère atau tuyères (saluran udara) yang memperkenalkan udara ke dalam tungku, baik secara alami atau melalui belos.
• Lubang pembuangan: Untuk mengeluarkan terak dan logam cair.
• Zona terak dan logam: Wilayah yang berbeda dalam tungku di mana reduksi dan peleburan terjadi.

Operasi melibatkan memuat bijih dan bahan bakar, menyalakan muatan, dan mempertahankan aliran udara untuk mempertahankan suhu tinggi (~1.200°C hingga 1.400°C). Proses reduksi menghasilkan massa besi berpori yang disebut bloom, yang mengandung inklusi terak.

Parameter Proses

Variabel proses kritis meliputi:

Parameter proses yang optimal memastikan reduksi yang efisien, meminimalkan bijih yang tidak bereaksi atau terak yang berlebihan. Pemantauan waktu nyata dengan termokopel dan petunjuk visual membantu operator mempertahankan kondisi yang diinginkan. Variasi dalam parameter secara langsung mempengaruhi kualitas, porositas, dan kemurnian bloom yang dihasilkan.

Konfigurasi Peralatan

Instalasi bloomery yang khas terdiri dari:

• Tungku poros vertikal: Berkisar dari kecil (beberapa meter tinggi, diameter 0,5–1 m) hingga model industri yang lebih besar.
• Lapisan tahan api: Untuk menahan suhu tinggi dan serangan kimia.
• Lubang pengisian: Untuk memuat bahan mentah.
• Sistem tuyère: Untuk memperkenalkan udara, sering kali dengan intensitas semburan yang dapat disesuaikan.
• Lubang pembuangan terak: Terletak dekat bagian bawah untuk pengeluaran terak.
• Lubang pembuangan logam: Untuk mengekstrak bloom besi cair.

Variasi desain termasuk tungku lonceng, tungku poros, dan tungku cerobong, masing-masing cocok untuk skala dan preferensi operasional yang berbeda. Seiring waktu, desain tungku telah berkembang untuk meningkatkan retensi panas, mengurangi konsumsi bahan bakar, dan memfasilitasi pengeluaran terak yang lebih mudah.

Sistem tambahan termasuk blower udara (manual atau mekanis), hopper pengisian, dan peralatan penanganan terak. Adaptasi modern mungkin menggabungkan pengisian mekanis dan sistem kontrol suhu otomatis.

Kimia Proses dan Metalurgi

Reaksi Kimia

Reaksi kimia utama dalam bloomery melibatkan reduksi oksida besi:

• Reduksi hematit (Fe₂O₃):

Fe₂O₃ + 3C → 2Fe + 3CO

• Reduksi magnetit (Fe₃O₄):

Fe₃O₄ + 4C → 3Fe + 4CO

• Karbon monoksida (CO) sebagai agen reduksi: Ia bereaksi dengan oksida besi, mengubahnya menjadi besi logam dan melepaskan CO₂.

Termodinamika mendukung reduksi pada suhu tinggi, dengan keseimbangan bergeser menuju besi logam ketika karbon yang cukup tersedia. Proses ini juga menghasilkan karbon dioksida (CO₂) dan karbon monoksida (CO) gas, yang melarikan diri melalui bagian atas tungku.

Produk reaksi termasuk besi logam, terak (yang terdiri dari silikat, oksida, dan kotoran), dan produk sampingan gas. Terak bertindak sebagai fluks, membantu dalam penghilangan kotoran.

Transformasi Metalurgi

Selama operasi, besi mengalami transformasi fase:

• Pembentukan bloom berpori yang spons: Terdiri dari ferrit dan inklusi terak.
• Perkembangan mikrostruktur: Besi berpori mengandung ferrit (α-besi) dengan partikel terak yang terbenam.
• Deoksidasi dan pemurnian: Penempaan atau pemanasan ulang selanjutnya mengurangi porositas dan mengkonsolidasikan logam.

Mikrostruktur mempengaruhi sifat mekanik seperti duktilitas dan kekuatan. Porositas dan kandungan terak menentukan kemudahan pemrosesan lebih lanjut menjadi besi tempa atau baja.

Interaksi Material

Interaksi melibatkan:

• Logam dan terak: Terak menangkap kotoran seperti silika, fosfor, dan belerang, yang dapat dikendalikan melalui penambahan fluks.
• Material tahan api: Korosi suhu tinggi dan serangan kimia memerlukan bahan pelapis yang tahan lama seperti bata alumina atau magnesia.
• Kembali ke blog

  Tulis komentar

  Nama *

  Email *

  Komentar *