Perhitungan Peramuan Bahan Peleburan

R. Widodo.

Staf pengajar Program Studi Teknik Pengecoran Logam POLMAN Bandung

Misalnya Anda mendapat pertanyaan semacam ini:

Suatu bahan besi cor dengan kandungan unsur C=3%, Si=2% dan Mn=0.4% akan diubah menjadi besi cor dengan kandungan unsur C=3.2%, Si=2,2% dan Mn=0,6%. Bahan korektur yang digunakan adalah besi kasar dengan kandungan C=4%, Si=2,8% dan Mn=1,2%.
Berapa % masing-masing bahan harus dimasukkan?

Peramuan bahan baku peleburan untuk menghasilkan komposisi cairan tertentu dapat dilakukan secara matematis maupun tabelis. Konsep dari perhitungan peramuan adalah mencapai sedekat mungkin komposisi yang dikehendaki melalui pengaturan jumlah masing-masing bahan baku, penggunaan bahan paduan hanya untuk melengkapi kekurangannya saja.

1. Perhitungan Matematis.

Secara matematis perhitungan dapat dilakukan sebagai berikut:

BT = 100 – A (dalam %).

Dimana:
BT = Bahan yang harus ditambahkan (korektur).
A = Bahan sebelum koreksi.

Kita nyatakan kandungan unsur didalam A adalah k1, kandungan unsur didalam BT adalah k2 dan kandungan unsur yang akan dicapai didalam bahan cair adalah k3. Maka:

jumlah perhitungan yang harus dilakukan untuk bahan paduan dengan n unsur adalah n-1 kali. Maka untuk bahan paduan 2 unsur cukup dilakukan 1 kali perhitungan, sedangkan untuk paduan 3 unsur harus dilakukan 2 kali perhitungan dan seterusnya.

Contoh 1 (paduan 2 unsur).

Suatu bahan paduan tembaga (Cu) timah putih (Sn) dengan komposisi Sn=10% dan Cu=90% akan dikoreksi dengan menggunakan paduan CuSn dengan komposisi Sn=14% dan Cu 86% menjadi paduan dengan komposisi Sn=12% dan Cu=88%.
Berapa % masing-masing bahan harus dimasukkan?

Solusi:

Kandungan unsur Cu adalah:
didalam bahan awal, k1 = 90%
didalam bahan korektur, k2= 86%
didalam cairan yang akan dicapai, k3 = 88%

Maka:

Sehingga:

BT = 100 – 50%
BT = 50%

Jadi untuk mendapatkan bahan dengan komposisi Sn=12% dan Cu=88%, digunakan campuran bahan baku antara bahan dengan Sn=10% dan Cu=90% sebanyak 50% ditambah bahan dengan Sn=14% dan Cu=86% sebanyak 50%.

Contoh 2 (paduan 3 unsur).

Mari kita mencoba menjawab pertanyaan yang diajukan pada awal tulisan ini, dimana diketahui:
a. Komposisi target: C=3.2%, Si=2,2% dan Mn=0,6%.
b. Bahan baku 1: Besi cor dengan komposisi C=3%, Si=2% dan Mn=0.4%
c. Bahan baku 2: Besi kasar dengan komposisi C=4%, Si=2,8% dan Mn=1,2%
Berapa % masing-masing bahan harus dimasukkan?

Solusi:

Pertama-tama kita hitung kandungan C sebagai berikut:
didalam bahan awal, k1 = 3%
didalam bahan korektur, k2= 4%
didalam cairan yang akan dicapai, k3 = 3,2%

Maka:

Dengan demikian besi kasar yang harus ditambahkan:

BT = 100 – 80 = 20%

Dalam hal kandungan Si, dimana:
didalam bahan awal, k1 = 2%
didalam bahan korektur, k2= 2,8%

Bila ditambah dengan Si yang terkandung didalam besi kasar sebanyak 20%, maka k3 menjadi:

Sampai saat ini kandungan unsur Si masih kekurangan sebanyak 0,04%, sehingga diperlukan bahan paduan ferosilikon (FeSi). Selain itu masih harus diperhatikan bahan hilang terbakar (melting loss) unsur Si pada setiap peleburan adalah 10%.

Perhitungan berikutnya adalah untuk menentukan kandungan unsur Mn, sebagai bertikut:
didalam bahan awal, k1 = 0,4%
didalam bahan korektur, k2= 1,2%

Bila ditambah dengan Mn yang terkandung didalam besi kasar sebanyak 20%, maka k3 menjadi:

Sebagaimana Si, kandungan unsur Mn pun masih kekurangan sebesar 0,04%. Maka bahan paduan feromangan (FeMn) perlu ditambahkan dengan memperhatikan faktor bahan hilang terbakar untuk unsur Mn adalah antara 15% – 20%.

2. Perhitungan Tabelis.

Untuk melakukan perhitungan peramuan paduan dengan banyak unsur, cara matematis seperti diatas dirasakan kurang praktis. Perhitungan matematis pada akhirnya hanya digunakan pada kasus-kasus koreksi, yaitu apabila dalam suatu pengujian terhadap cairan pada proses peleburan diketahui adanya kekurangan pada salah satu kandungan unsur paduannya.

Metode tabel, apalagi bila ditunjang dengan perangkat lunak spreadsheet akan jauh lebih mudah dilakukan terhadap bahan paduan dengan unsur yang berjumlah banyak.

Contoh diatas adalah, perhitungan peramuan untuk suatu bahan besi cor dengan komposisi tertentu, kandungan unsur-unsur pada setiap bahan baku yang digunakan (misalnya besi bekas, besi kasar, besi kasar hematite dan bahan daur ulang) disusun sedemikian rupa dalam suatu tabel. Kemudian kontribusi (%) masing masing dihitung dan dijumlahkan, sehingga akan menghasilkan kontribusi total yang mendekati komposisi yang diinginkan.

Langkah-langkah perhitungan adalah sebagai berikut:

Langkah 1: Buat kolom-kolom tabel sebagaimana contoh. Jumlah baris disesuaikan dengan jumlah bahan baku yang akan digunakan dan jumlah lajur disesuaikan dengan jumlah unsur yang akan dihitung.

Langkah 2: Isi kolom komposisi yang diinginkan sebagai acuan perhitungan.

Langkah 3: Isi kolom bahan baku serta lengkapi kolom-kolom kandungan unsur didalam bahan baku. Pilih bahan baku yang memiliki kandungan unsur-unsur mendukung perhitungan.

Langkah 4: Perkirakan peresentase bahan baku yang akan digunakan. Catatan, gunakan bahan baku terbanyak yang termurah. Ingat, jumlah persen total harus 100%.

Langkah 5: Hitung kontribusi kandungan unsur-unsur terhadap komposisi, yaitu dengan mengalikan setiap unsur paduan dengan persentase penggunaan bahan baku. Kemudian jumlahkan kebawah untuk mendapatkan hasil subtotal kontribusi.

Langkah 6: Hitung tambahan bahan paduan maupun bahan-bahan terbakar dan tambahan unsur S dari kokas. Kemudian jumlahkan hasilnya dengan subtotal kontribusi sehingga menghasilkan komposisi hasil perthitungan.

Langkah 7: Teliti komposisi hasil perhitungan. Bila tidak sesuai dengan komposisi yang diharapkan ubah-ubah persentase penggunaan bahan baku sedemikian rupa sehingga hasil perhitungan dapat mendekati komposisi yang diharapkan. Ingat jumlah persen harus tetap 100%.

Tabel hasil akhir suatu perhitungan peramuan

Untuk selanjutnya persentase hasil perhitungan dikalikan dengan jumlah muatan total tanur.

Tabel berat masing-masing bahan baku.

Jangan lupa mengalikan tambahan bahan paduan FeMn, yaitu 0,2% x 200 kg = 0,4 kg. Karena kandungan Mn didalam bahan paduan FeMn adalah 45%, maka bahan paduan FeMn yang harus diberikan menjadi:

FeMn = 0,4/45% = 0.9 kg.

Lakukan penimbangan bahan baku sesuai SOP (Standard Operation Procedure).