Perpustakaan Digital ITB

Kebutuhan bahan refraktori dalam industri pengolahan bijih besi dan logam semakin meningkat seiring perkembangan teknologi. Refraktori monolitik memiliki prospek pasar yang baik di masa akan datang untuk itu diperlukan penelitian lebih lanjut dalam perkembangannya. Masalah yang dihadapi refraktori jenis monolitik saat ini adalah bagaimana mencari refraktori monolitik yang memiliki sifat mekanik yang sama atau mendekati sifat refraktori jenis bata. Bahan baku yang digunakan dalam pembuatan monolitik tidak berbeda dengan yang digunakan dalam proses pembuatan refraktori jenis bata. Penelitian dan pengembangan terhadap proses dan penentuan komposisi bahan refraktori monolitik untuk memperoleh sifat refraktori monolitik yang lebih baik. Refraktori MgO-C banyak digunakan dalam industri pengolahan logam, seperti pada lapisan dinding Basic Oxygen Furnace (BOF), Tungku Busur Listrik (Electric Arc Furnace/EAF), maupun Tanur Pemurni (Converter). MgO-C memiliki ketahanan baik terhadap korosi yang disebabkan oleh slag dan juga terhadap tegangan termal. Kontak langsung antara MgO-C dengan logam cair menurunkan kandungan karbon karena oksidasi karbon menghasilkan gas CO2. Pembentukan lapisan padat MgO di permukaan refraktori mencegah reduksi karbon selanjutnya dan penetrasi slag dan logam cair. Kompetisi antara pembentukan MgO dan oksidasi karbon meningkatkan pembentukan pori dan sangat menurunkan kekuatan mekanik refraktori. Dalam penelitian ini dibuat refraktori monolitik dari bahan castable yang terdiri dari oksida (MgO = 86% berat), grafit dan 3-7 % berat (terhadap castable) antioksidan yang terdiri dari berbagai jenis logam (Al, Mg, Si, Al-Mg dan Al-Si). Minyak tar batubara, resin fenolik dan kombinasinya digunakan sebagai pengikat. Semua sampel refraktori MgO-C monolitik dipanaskan hingga temperatur 1400 derajat C dalam kondisi atmosferik sebelum dilakukan penentuan densitas, porositas, Cold Crushing Strength (CCS), Modulus of Rupture (MOR) dan Hot Modulus of Rupture (HMOR) yang mengacu pada standar pengujian ASTM. Penentuan struktur bahan dilakukan dengan menggunakan peralatan X-Ray Difractometer (XRD), Fourier Transporm Infrared (FT-IR), Scanning Electron Microscope/Energy Dispersive X-Ray Spectrometer (SEM/EDS), Differential Thermal Analysis (DTA) dan Thermogravimetri Analysis (TGA). Dari penelitian ini didapatkan bahwa sifat mekanik bahan refraktori yang lebih baik dihasilkan dengan menggunakan kombinasi bahan pengikat tar-resin. Dengan demikian penggunaan resin formaldehid dapat dikurangi sampai ke tingkat yang ramah lingkungan. Perbandingan sampel dilakukan dengan bahan pengikat, tar, resin dan tar-resin setelah diberikan perlakuan panas pada temperatur operasi 800 derajat C. Bahan refraktori MgO-C monolitik dengan menggunakan bahan pengikat tar-resin akan mengalami proses grafitisasi pada 457,79 derajat C dalam fasa cair. Kondisi ini berperan penting dalam proses penyebaran grafit ke seluruh bagian dari bahan sehingga memberikan ketahanan terhadap oksidasi dan korosi yang disebabkan oleh slag pada saat aplikasinya. Penjelasan fenomena selanjutnya didiskusikan secara lebih rinci dalam disertasi ini. Peningkatan sifat mekanik refraktori MgO-C monolitik selanjutnya diperoleh dengan penambahan logam sebagai antioksidan. Penambahan 5% Al mengurangi porositas hingga 49,91%, 5% Al-Mg meningkatkan HMOR hingga 67,09%; 5% Al-Si meningkatkan MOR hingga 71,71% dan 7% Al-Mg menurunkan CCS hingga 10,25%. Tanpa adanya antioksidan, hasil dekomposisi dalam fasa gas tersebut menyebabkan pori terbuka pada bahan yang mengakibatkan oksidasi karbon. Pori yang terbentuk sekitar 15-20% pada temperatur di atas 800 derajat C. Adanya antioksidan logam berfungsi sebagai media oksidasi untuk membentuk oksida logam, seperti MgO, Al2O3), spinel (MgAl2O4), forsterite (Mg2SiO4) dalam matrik bahan refraktori. Di samping itu, aluminium karbida (Al4C3) juga terbentuk, sehingga semua senyawa tersebut menghambat pembentukan pori dan oksidasi karbon selanjutnya. Dengan demikian ketahanan korosi bahan refraktori monolitik meningkat.