Pembuatan Besi Tempa

           Proses pembuatan material yang tangguh, paduan Malleable yang dikenal dengan Besi Tempa karena proses pembuatannya. Prosesnya dikenal dengan puddling, membutuhkan kemampuan tangan buruh. Produksi besi tempa dalam jumlah ton tidak memungkinkan. Pengembangan  proses baru dengan bessemer converters dan furnaces perapian terbuka meningkatkan kuantitas besi tempa.

            Besi tempa  tidak lagi diproduksi secara komersial, karena dapat diganti dengan Low-carbon Steel pada hampir semua aplikasi, yang lebih murah untuk memproduksinya dan lebih uniform kualitasnya dibandingkan besi tempa.

Puddling Furnace menggunakan arched roof dan depressed hearth yang dipisahkan oleh dinding dari pembakaran saat arang terbakar. Setelah furnace panas, Puddler atau Furnace operator, “Fettles” dengan melapisi perapian dan dinding dengan pasta oksida Fe, biasanya Hematite Ore.

2.1 Puddling Furnace (tungku pelepuran)

Puddling furnace adalah teknologi metalmaking digunakan untuk membuat besi tempa atau baja dari pig iron diproduksi pada tungku sembur. Tungku ini dibangun untuk menarik udara panas di atas besi tanpa itu datang ke dalam kontak langsung dengan bahan bakar, sistem umumnya dikenal sebagai tungku reverberatory atau terbuka tungku perapian. Keuntungan utama dari sistem ini adalah menjaga kotoran dari bahan bakar terpisah dari muatan.

Ada dua jenis utama dari tungku pelumpuran yang digunakan di Amerika Serikat.

a.       tungku pelumpuran tunggal, yang didasarkan pada desain yang sama yang digunakan di Inggris dan, dengan demikian, yang paling umum.

Horisontal ( rendah ) dan vertikal ( atas) lintas-bagian dari tungku pelumpuran tunggal . A. Perapian grate , B. Firebricks ; C. Palang pengikat , D. Perapian , E. pintu Kerja , F. Hearth , G. Cast pelat penahan besi, H. Bridge dinding

b.      tungku pelumpuran ganda, yang paling sering ditemukan di sebelah timur dari Allegheny Mountains.

Desain umum dari sebuah tungku pelumpuran tunggal adalah sebagai berikut. Jejak tungku adalah 3,3-3,6 meter (11-12 kaki) panjang, 1,5-2,1 m (4,9-6,9 ft) lebar (tergantung pada ukuran perapian) dan 1,5 m (4,9 kaki). Dinding luar adalah 23 cm (9 inci) tebal dan terbuat dari batu bata yang khas dan kemudian ditutup dengan pelat besi cor. Tempa bar persegi besi, disebut cross pengikat, dijalankan melalui atap tungku dan melesat ke piring besi cor untuk menjaga atap runtuh. Cerobong asap adalah 9-12 m (30-39 kaki) dan 40 cm (16 in) persegi. Akan ada lubang kerja kecil yang memungkinkan akses ke api, dan pintu kerja memungkinkan akses ke perapian. Pintu kerja rata-rata adalah 55 cm (22 in) lebar 68 cm (27 in) tinggi, dilapisi dengan firebricks di dalam dan dengan lubang persegi kecil kerja alat bantu.

Perapian adalah di mana besi dibebankan, meleleh dan menggenang. Bentuknya perapian adalah biasanya elips, 1,5-1,8 m (4,9-5,9 ft) panjang dan 1-1,2 m (3,3-3,9 kaki) lebar. Jika tungku dirancang untuk genangan besi putih maka kedalaman perapian tidak pernah lebih dari 50 cm (20 in). Jika tungku dirancang untuk merebus besi abu-abu maka kedalaman perapian rata-rata 50-75 cm (20-30 in). Karena panas yang besar yang dibutuhkan untuk mencairkan biaya perapian harus didinginkan, yang lain itu akan mencair dengan muatan. Hal ini dilakukan dengan menjalankan muatan konstan udara dingin di atasnya, atau dengan melemparkan air di bagian bawah perapian.

Perapian, di mana bahan bakar yang dibakar, digunakan jeruji besi cor yang bervariasi dalam ukuran tergantung pada bahan bakar yang digunakan. Jika batubara bituminous digunakan maka ukuran grate rata-rata adalah 60 cm x 90 cm (2,0 ft × 3,0 ft) dan sarat dengan 25-30 cm (9,8-12 in) batubara. Jika batubara antrasit digunakan maka perapian adalah 1,5 m × 1,2 m (4,9 ft × 3,9 ft) dan sarat dengan 50-75 cm (20-30 in) batubara.

Sebuah tungku pelumpuran ganda sangat mirip dengan tungku pelumpuran tunggal, dengan perbedaan utama adalah ada dua pintu kerja yang memungkinkan dua puddlers untuk bekerja tungku pada waktu yang sama. Keuntungan terbesar dari pengaturan ini adalah bahwa ia menghasilkan besi dua kali lebih banyak tempa. Ini juga lebih ekonomis dan hemat bahan bakar dibandingkan dengan tungku tunggal.

Cara Kerja Puddling Furnace

Proses ini dimulai dengan menyiapkan tungku pelumpuran , ini melibatkan membawa tungku dengan suhu rendah dan kemudian fettling itu . Fettling adalah proses lukisan grate dan dinding di sekitarnya dengan oksida besi , biasanya hematit ; ini bertindak sebagai lapisan pelindung menjaga logam meleleh dari pembakaran melalui tungku . Kadang-kadang abu halus ditumbuk dari menempa arang , tungku pelumpuran , pemanasan tungku , atau blast furnace digunakan sebagai pengganti hematit . Dalam hal ini tungku harus dipanaskan selama 4-5 jam untuk mencairkan cinder dan kemudian didinginkan sebelum pengisian . Entah putih besi cor atau besi halus kemudian dimasukkan kedalam perapian tungku . Untuk pelumpuran basah , besi tua dan / atau besi oksida juga dituntut . Campuran ini kemudian dipanaskan sampai mencair atas , memungkinkan untuk oksida untuk mulai pencampuran , hal ini biasanya memakan waktu 30 menit . Campuran ini terkena arus kuat udara dan diaduk dengan panjang bar dengan kait pada salah satu ujungnya , yang disebut pelumpuran bar atau rabbles , melalui pintu bekerja . Hal ini membantu oksigen dari oksida bereaksi dengan kotoran dalam pig iron , terutama silikon , mangan ( untuk membentuk slag ) dan untuk beberapa derajat sulfur dan fosfor , yang membentuk gas yang melarikan diri dengan knalpot dari tungku .

Lebih banyak bahan bakar kemudian ditambahkan dan suhu dinaikkan . Besi -benar mencair dan karbon mulai membakar juga. Ketika pelumpuran basah , campuran akan mulai " mendidih " karena besi oksida ditambahkan . Karbon dioksida yang terbentuk dalam proses ini menyebabkan terak untuk " membusungkan " di atas , memberikan rabbler sebuah indikasi visual dari kemajuan pembakaran . Seperti karbon membakar suhu leleh campuran naik dari 1.150 ° C ( 2.100 ° F ) sampai 1.540 ° C ( 2.800 ° F ) ,  sehingga tungku harus terus makan selama proses ini . Akhirnya karbon sebagian besar dibakar dan besi " datang ke alam" , membentuk menjadi bahan spons , menunjukkan bahwa proses selesai dan materi dapat dihapus . Hook di ujung bar kemudian digunakan untuk menarik keluar bola genangan air besar [ 4 ] material , sekitar 35-40 kilogram ( 70-80 pon ) masing-masing , dan 30-38 cm ( 12-15 inci ) dengan diameter  . Kadang-kadang sepasang besar penjepit yang digunakan untuk menghapus bola genangan .

Ini bola genangan kemudian diangkut ke palu atau pemeras dengan menyeret mereka sepanjang lereng besi yang dibangun antara tungku dan peralatan shingling atau , lebih umum , bola genangan dimuat ke gerobak besi dan diangkut ke tujuan mereka . Shingling mengusir terak dan las menutup retak internal, sedangkan mematahkan potongan kotoran . Besi tersebut kemudian re-heated dan diluncurkan ke datar bar atau batang bulat . Untuk ini , rol beralur digunakan , alur yang berturut-turut dari penurunan ukuran sehingga bar itu semakin berkurang dengan dimensi yang diinginkan . Beberapa oksida besi dari timbangan yang terbentuk di langkah-langkah selanjutnya dari shingling dan bergulir . Kualitas ini dapat ditingkatkan dengan faggoting .

Bekerja sebagai kru dua orang , seorang Puddler dan pembantu dapat menghasilkan sekitar 1500 kg besi dalam pergeseran 12 jam .  Tenaga kerja keras , panas dan asap yang disebabkan puddlers untuk memiliki harapan hidup yang sangat singkat , dengan sebagian besar mati dalam usia 30-an . pelumpuran tidak pernah bisa otomatis karena Puddler harus merasakan ketika bola telah " datang ke alam" .

2.2 Dapur tempa

Fungsi utama dapur tempa adalah untuk memanaskan logam yang akan dibentuk agar lebih mudah membentuknya.ada dua macam dapur tempa yaitu:

Ø  Dapur tetap > umumnya terbuat dari tembok yang diperkuat dengan batu tahan api dan mulut dapurnya terbuat dari besi tuang.

Ø  Dapur yang bisa dipindah-pindahkan atau dapur lapangan > terbuat dari plat baja dan dapat dipakai dimana saja yang kita perlukan

            Dapur tersebut hanya mampu untuk menampung dengan kapasitas kecil sehingga pengeluaran api kecil dan khusus untuk benda-benda kecil saja. Bahan bakar yang dipakai dapur ini biasanya adalah batu bara dan arang kayu. Udara penghembus dari blower (kalau ada listrik) atau ubub ( kalau idak ada listrik). Ujuannya adalah agar panas bahan bakar akan bertambah yang dapat mempercepat kenaikkan suhu benda kerja yang akan dibakar hingga benda dapat lebih mudah untuk ditempa.

Pada bagian sisi dapur biasanya terdapat bak air untuk mendinginkan benda dengan mencelupkannya . air tersebut juga untuk menyiram benda kerja agar benda kerja tidak terbakar semuanya tapi panasnya memusat.

Macam dapur tempa secara umum ada 2 (dua), yaitu:

a)      Dapur tempa dengan sumber api dari gas terbakar,

Dapur tempa dengan sumber api dari gas terbakar, atau biasa disebut sebagai dapur gas. Bahan bakar yang digunakan adalah jenis gas LPG (Liquid Petroleum Gas). Gas LPG disemburkan lewat sebuah nozel. Bersamaan itu pula dihembuskan angin dari sebuah kompresor udara se-hingga terjadi pembakaran hebat, yang memungkin-kan menjadikan bara api hebat pula dan dapat memanaskan besi yang sedang ditempa hingga warna merah pijar.  lihat Gambar 3.

Gambar 1: Dapur Tempa Memakai Gas

Seperti diperlihatkan Gambar 3, merupakan dapur tempa yang sangat populer saat ini. Banyak perusahaan yang sudah mengeluarkan jenis dapur tempa macam ini. Ciri pokok dari dapur ini adalah adanya motor listrik sebagai pembangkit hembusan udara guna membuat pembakaran dan pemanasan api tempa menjadi hebat. Pemeliharaan api tempa dapat dikontrol lewat banyak sedikitnya aliran LPG dan hembusan udara yang dapat diatur lewat keran-keran (katup-katup) khusus. Prosedur cara menghidupkan dapur gas biasanya telah dicantumkan pada buku manual instruction yang diserta-kannya.

b)      Dapur tempa secara hembusan,

Dapur tempa dengan sumber api dari bahan bakar arang kayu atau arang kokas. Untuk permulaan penyalaan bisa dilakukan dengan membakar kertas atau diberi minyak tanah secukupnya. Setelah arang kayu atau arang kokas sedikit terbakar, kemudian dihembuskan udara dari sebuah kipas berputar atau kompresor. Untuk tukangtukang tempa yang masih konvensional dan tradisional, hembusan angin ini hanya menggunakan dua buah tabung kayu yang telah di-pasangi torak (piston) kayu juga, kemudian torak digerakkan secara bolak-balik (resiprokal). Ada kala-nya hanya sebuah kantong dari kulit yang dapat di-kempis dan digembungkan untuk mendapatkan hembusan udara.

Dengan suatu hembusan udara yang terkontrol lewat api, pembakaran dapat dinaikkan dan diatur. Suhu tinggi yang diinginkan dapat dicapai secara cepat.

Gambar 4: Dapur Tempa secara Hembusan

Dapur hembusan, seperti diperlihatkan Gambar 4, merupakan dapur tempa secara tradisional dan sangat konvensional. Bahan bakar yang digunakan adalah arang kayu, arang kokas, atau serbuk kokas. Ada kalanya dari suatu antrasit bebas belerang yang dapat terbakar. Untuk menimbulkan hembusan udara dipakailah sebuah kipas yang diputar oleh tangan. Yang sudah sedikit modern, kipas itu diputar oleh sebuah motor listrik. Bahkan yang masih sangat tradisional, hembusan udara hanya dihasil-kan oleh sebuah ububan (istilah Jawa). Yaitu sebuah tabung kayu yang diberi semacam torak kemudian torak ini digerakkan bolak-balik. Udara dari ujung tabung kayu dialirkan ke tempat arang terbakar lewat sebuah pipa. Ada juga memakai konstruksi dari kulit binatang yang dibuat semacam kantong. Udara hembus dapat mengalir karena kantong kulit tadi dikembang-kempiskan.

sekian dan terima kasih, semoga bermanfaat .