1. Volume Angin Yang Dibutuhkan
Volume angin dapat dihitung berdasarkan hasil reaksi antara karbon (C) dan oksigen (02)
C + O2 –> CO2
1 (satu) kg mol C beratnya 12 Kg
1 (satu) kg mol dibutuhkan sebanyak 22,4 n m3
Jadi 1 kg C membutuhkan 02 sebanyak 22,4 nm3/12 =1,87 nm3
Udara mengandung 21 % 02.
Sehingga volume angin yang dibutuhkan =100/21 x 1,87 nm3= 8,9 nm3
Pada kenyataannya tidak semua dari hasil reaksi pembakaran berubah menjadi CO2, tetapi sebagian menjadi CO
reaksi C + 0.5 O2 –> CO
Volume angin yang dibutuhkan = 0,5 x 8.9 nm3 = 4,45 nm3
Perbandingan antara CO2 dengan total CO + CO2 disebut efisiensi pembakaran:
Volume angin yang dibutuhkan dengan memperhitungkan ηv (efisiensi pembakaran) untuk per kg karbon (C) adalah:
dimana :
V = volume angin [nm3/kgC]
ηv = efisiensi pembakaran [%]
2. Volume Angin Yang Dibutuhkan Berdasarkan Jumlah Kokas Yang Digunakan
Volume angin yang dibutuhkan untuk melebur besi sebanyak 100kg menggunakan formulasi:
dimana:
V = volume angin yang dibutuhkan [nm3/100 kg Fe]
K = jumlah kokas yang digunakan [%] atau [kg Kokas/100 kg Fe]
k = kandungan karbon dari kokas [%]
ηv = efisiensi pembakaran [%]
Contoh:
Hitunglah volume udara yang dibutuhkan untuk melebur 100 kg Fe menggunakan kupola angin dingin, jika kokas yang digunakan (K) =13 % dan kadar karbon dalam kokas (k) = 90% dan efisiensi pembakarannya (ηv) berdasarkan pengukuran = 50%.
Jawab:
= 78,09 nm3/100 kg Fe atau
= 0,7809 nm3/kg Fe
3. Debit Angin Yang Diperlukan Oleh Kupola Untuk Peleburan
Dalam menghitung debit angin, yang harus diperhatikan adalah:
Formulasi empirik untuk perhitungan secara teoritik:
W = 4.5 D2 x K /60 [nm3/menit]
dimana:
W = debit angin [nm3/menit]
D = diameter dalam kupola [dm]
K = Jumlah kokas yang dipakai [%] (kg/100kg Fe), dengan kandungan karbon dari kokas harus > 85 %
Contoh:
Hitunglah debit angin yang dibutuhkan jika diameter dalam 550 mm dan kokas 13% atau 13kg/100kg Fe
Jawab:
W = 4.5 D2 x K /60 [nm3/menit]
= 4.5 x (5.5)2 x 13 / 60
= 29.49 [nm3/menit]
4. Perhitungan Kokas Yang Dipakai Untuk Peleburan Secara Teoritik
Kebutuhan kokas untuk peleburan dapat dihitung dari enerji yang dibutuhkan untuk melebur dan menaikan temperatur besi sampai 1500 °C. Berdasarkan azas Black: Panas yang dilepaskan = panas yang dibutuhkan,
dimana:
Hn(c) = panas spesifik karbon (C): 33.200 kJ/kg
K = jumlah kokas yang digunakan (%) atau (kg Kokas/100 kg Fe)
k = kandungankarbon (C) dari kokas (%)
ΔH angin = panas spesifik angin yang terbakar [kJ/t Fe]
ΔH elemen = panas pembakaran dari elemen C, Si, Mn [kJ/t Fe]
η = Efisiensi [%]
ΔH Fe (d °C) = Panas spesifik untuk melebur dan menaikan temperatur sampai 1500 °C [kJ/ton Fe]; untuk 1500 °C = 1398,391 103 kJ/t Fe
Berdasarkan formulasi diatas maka secara teoritik dapat dihitung jumlah kokas yang digunakan untuk melebur 1 (satu) ton besi dengan asumsi sebagai berikut:
Jadi:
{33.200 x 10 x Kk/100 x 0,3} = 1398.391 x 103
Kk/100 = Karbon (C) kg
33.200 x 10 x 0.3 C = 1,398,391
C = 1,398,391/99,600
C = 14 kg /100 kg Fe atau 140 kg/1 ton Fe
Jika: k = 90%, maka:
Kokas = 100/90 x 14 kg atau 15.5 kg/100 kg Fe » 15.5%.
Jadi secara teoritik dibutuhkan kokas sebanyak 15.5% untuk 1 ton besi.
Untuk tapping temperatur yang berbeda-beda maka jumlah kokaspun akan berbeda, sebagaimana ditampilkan pada tabel berikut:
5. Perhitungan Kapasitas Peleburan Dari Kupola Secara Teoritik
Untuk menentukan kapasitas peleburan secara teoritik, digunakan perbandingan antara debit udara tiup yang sebenarnya dibandingkan dengan volume udara yang dibutuhkan untuk melebur 1 ton besi.
Umumnya kapasitas peleburan kupola dinyatakan dalam (ton/jam).
dimana:
W = debit angin [nm3/menit]
K = jumlah kokas yang digunakan [%] atau [kg Kokas/100 kg Fe]
k = kandungan karbon dari kokas [%]
ηv = efisiensi pembakaran [%]
Contoh:
Hitunglah kapasitas peleburan kupola jika diketahui dia. dalam kupola 500 mm. Tapping temperatur 1480 °C. Kokas yang digunakan 14 kg/100 kg Fe atau 14%. hv = 55% ; kandungan karbon dalam kokas = 90%
Jawab :
Debit udara tiup :
W = 4.5 D2 K/60 nm3/menit
= (4.5 x 52 x 14)/60
= 26.25 nm3 /menit.
Kapasitas peleburan :
6. Optimasi Kinerja Tanur Kupola Dengan Menggunakan Diagram Net
Optimasi kinerja tanur kupola dengan menggunakan Diagram Net.
Contoh :
Diameter dalam kupola = 550 mm
Temperatur cairan yang diinginkan sewaktu tapping 1475 °C
Tentukan: Debit angin [nm3/m2 menit]
Karbon (C) % (kokas)
Daya lebur ton/jam
Jawab:
Luas penampang diameter dalam kupola = π/4 x (0.55)2 [m2]= 0.2375 [m2]
Dari Diagram Net didapat:
Debit angin spesiftk 110 [nm3/m2 menit]
Karbon 12% ÷ 13.5% kokas
Daya lebur spesifik 8.5 [ton/m2 jam]
Maka:
Debit angin = 110 [nm3/m2 menit] x 0,2375 [m2] = 26,125 [nm3/menit]
Karbon 12% ÷ 13.5% kokas
Daya lebur = 8.5 [ton/m2 jam] x 0,2375 [m2] = 2 [ton/jam]
Mesinmusamus