Tungku tempa adalah peralatan utama di setiap bengkel tempa. Tungku ini menerima billet atau batangan dingin dan mengeluarkannya pada suhu yang tepat — biasanya 1150-1250°C untuk penempaan baja — setiap 30 hingga 90 detik, sepanjang hari, setiap hari. Keandalan dan keseragaman suhu bukanlah pilihan: tungku yang suhunya melenceng 30°C dari titik pengaturan dapat merusak produksi seharian, dan tungku yang rusak akan menghentikan mesin pres atau palu dan membuat kru penempaan pulang.
MONTE INTELLIGENCE memasok tungku tempa berbahan bakar gas — baik tipe batch (tungku bogie) maupun kontinu (tungku pendorong, tungku balok berjalan, tungku putar) — untuk operasi penempaan di Asia dan Timur Tengah. Artikel ini membahas faktor-faktor desain dan pengoperasian yang menentukan kinerja tungku tempa.
Suhu penempaan untuk baja berada dalam kisaran pengerjaan panas, di atas suhu rekristalisasi di mana logam melunak dan dapat dideformasi dengan gaya yang lebih rendah. Untuk baja karbon menengah dan baja paduan, kisaran suhu penempaan biasanya 1150-1250°C. Batas atas ditentukan oleh suhu pembakaran — suhu di mana peleburan batas butir dimulai (sekitar 1250-1300°C untuk banyak baja) — dan oleh laju pembentukan kerak, yang meningkat secara eksponensial dengan suhu. Batas bawah ditentukan oleh gaya penempaan yang dibutuhkan dan risiko retak pada benda kerja.
Kesamaan suhu dalam tungku tempa menentukan keseragaman aliran logam selama penempaan. Sebuah billet yang bersuhu 1200°C di satu ujung dan 1150°C di ujung lainnya akan mengalir berbeda di setiap ujungnya, berpotensi menyebabkan masalah pengisian cetakan, variasi dimensi, atau retak di ujung yang lebih dingin. Persyaratan standar untuk keseragaman suhu tungku tempa adalah ±14°C (Kelas 5 menurut AMS 2750) hingga ±28°C (Kelas 6), yang lebih longgar daripada persyaratan keseragaman perlakuan panas karena proses penempaan selanjutnya mendistribusikan kembali logam dan setiap variasi suhu kecil akan dirata-ratakan.
Laju pemanasan untuk penempaan harus menyeimbangkan produktivitas dengan risiko retak akibat tegangan termal pada benda kerja. Sebuah billet baja perkakas berdiameter 200 mm yang dipanaskan dari suhu sekitar dengan laju 100°C per menit dapat retak akibat tegangan termal antara permukaan panas dan inti dingin. Laju pemanasan maksimum yang aman bergantung pada jenis baja, penampang, dan suhu awal. Baja karbon tinggi dan baja paduan tinggi membutuhkan laju pemanasan yang lebih lambat daripada baja karbon biasa. Billet dingin di musim dingin (dimulai dari 0°C) membutuhkan pemanasan yang lebih lambat daripada billet yang telah dipanaskan sebelumnya dengan penyimpanan di area yang hangat.
Pembentukan kerak adalah oksidasi permukaan baja selama pemanasan di dalam tungku tempa. Lapisan kerak — oksida besi, FeO, Fe3O4, Fe2O3 — mewakili kehilangan material (biasanya 1-3% dari berat billet), mempercepat keausan cetakan (kerak bersifat abrasif dan mengikis permukaan cetakan tempa lebih cepat daripada logam bersih), dan masalah penyelesaian permukaan (kerak yang tertanam di permukaan tempa membutuhkan toleransi pemesinan yang lebih besar).
Laju pembentukan kerak terutama merupakan fungsi dari suhu dan waktu. Pada suhu 1200°C, billet baja karbon di udara akan membentuk kerak sekitar 0,1 mm dalam 15 menit. Setelah 60 menit, ketebalan kerak dapat mencapai 0,3-0,5 mm. Ketergantungan suhu eksponensial berarti bahwa peningkatan suhu tungku sebesar 50°C dapat menggandakan laju pembentukan kerak. Inilah salah satu alasan mengapa pengendalian suhu yang tepat memiliki nilai ekonomi di luar penghematan energi — hal ini secara langsung mengurangi kehilangan material akibat kerak.
Pengoperasian atmosfer reduksi — membakar gas dengan jumlah udara kurang dari stoikiometrik, menghasilkan CO dan H2 dalam produk pembakaran — dapat mengurangi pembentukan kerak. CO dan H2 bereaksi dengan oksida besi, mereduksinya kembali menjadi besi metalik. Namun, pengoperasian dengan campuran bahan bakar yang kaya menghasilkan jelaga, meningkatkan emisi CO, dan menimbulkan masalah keamanan (gas yang mudah terbakar dalam sistem cerobong). Kondisi campuran bahan bakar yang kaya secara moderat — 5-10% di bawah udara stoikiometrik, sering disebut sebagai nyala api reduksi — digunakan di beberapa tungku tempa untuk mengendalikan kerak, tetapi hal ini memerlukan penyesuaian pembakar yang cermat dan pemantauan gas buang.
Kapasitas produksi tungku tempa kontinu bergantung pada panjang pemanasan tungku, ukuran billet, dan waktu pemanasan yang dibutuhkan. Waktu pemanasan untuk billet baja dapat diperkirakan dari penampang melintangnya: sekitar 5-6 menit per 25 mm diameter untuk billet bulat yang dipanaskan dalam tungku gas yang diaduk dengan baik pada suhu 1200°C. Billet berdiameter 100 mm membutuhkan waktu sekitar 22-25 menit untuk mencapai suhu tempa yang seragam. Dengan panjang pemanasan tungku 6 meter dan jarak antar billet 200 mm di atas alas, tungku dapat menampung sekitar 30 billet, dan dengan waktu pemanasan 25 menit per billet, kapasitas produksinya adalah 30 / 25 × 60 = 72 billet per jam.
Sirkulasi atmosfer tungku—pergerakan gas pembakaran panas di sekitar benda kerja—adalah mekanisme perpindahan panas konvektif. Konveksi alami dalam tungku panas memberikan sirkulasi, tetapi untuk pemanasan seragam pada laju produksi tinggi, kipas resirkulasi diperlukan. Kipas, yang biasanya dipasang di atap atau dinding samping tungku, menarik gas panas dari ruang tungku dan melepaskannya kembali ke ruang tersebut dengan kecepatan tinggi, menciptakan lingkungan yang teraduk yang memanaskan semua permukaan benda kerja secara seragam.
Tungku tempa MONTE INTELLIGENCE dirancang untuk beroperasi 24/7 dengan lapisan tahan api yang kokoh, pembakar kelas industri, dan sistem kontrol yang dikonfigurasi untuk siklus termal yang dibutuhkan dalam operasi penempaan.
Untuk proposal tungku tempa berdasarkan kebutuhan produksi Anda, hubungi helenxu@cnlymonte.com.
