Dari Tungku ke Cetakan: Presisi Pengecoran Logam

Dari tungku cor ke dalam cetakan

Pabrik cor dramatis. Tungku besar, bersinar dengan panas, mengubah potongan logam menjadi cairan api yang mengalir. Saat siap, isinya dicurahkan ke dalam cetakan tungku di tengah hujan percikan api. Pekerja mengaruhi aliran logam dari tungku ke cetakan di balik pelindung panas, melindungi dari bahaya suhu dan material. Lantai pabrik cor adalah di mana desain menjadi nyata, dalam proses luar biasa yang menciptakan objek sehari-hari. Inovasi dalam menciptakan dan mempertahankan suhu yang diperlukan untuk berbagai logam adalah bagian dari evolusi metalurgi. Pekerja meleleh dan mencurahkan logam terlihat seperti adegan dari buku sejarah, tetapi itulah tempat beberapa ilmu yang paling menarik terjadi.

Pembuatan logam cor bergantung pada tungku yang dapat panas cukup untuk membawa logam ke dalam keadaan cair. Peleburan bijih pertama dalam sejarah manusia adalah timah dan seng: logam lembut ini dapat dilelehkan di panas api dapur. Untuk membuat logam yang lebih kuat, metalurg membutuhkan lebih dari api kayu.

Panas tinggi dan kemajuan manusia

Bronze Age bergantung pada kekuatan tembaga. Tembaga mungkin pertama kali dilelehkan secara tidak sengaja dalam tungku keramik, yang paling sedikit 200°C lebih panas dari api kompor. Kurangnya catatan tertulis dari waktu itu membuat sulit untuk yakin. Selama Bronze Age, tungku seperti tungku digunakan untuk mengekstrak berbagai komponen elemen dari batuan yang meleleh pada suhu yang berbeda, dengan tembaga sebagai hadiah tertinggi untuk membuat kuningan dan perunggu yang baik.

Ada bukti bahwa manusia menggunakan besi sebelum Iron Age. Namun, barang-barang ini terbuat dari besi yang dikerjakan yang secara harfiah jatuh dari langit—besi meteorit dalam bentuk yang relatif murni dibandingkan besi darat. Besi ini dapat dipanaskan dan dikerjakan seperti yang ditemukan. Iron Age yang sebenarnya dimulai, ketika orang tahu cara mengekstrak besi yang berguna dari bijih, dan itu memerlukan peleburan untuk mengembalikan ke dalam keadaan seperti toffee, hampir cair, atau cair. Kemajuan ini datang ke berbagai bagian dunia pada waktu yang berbeda tetapi melibatkan penemuan tungku bloomery dan pembangunan perlahan pengetahuan metalurgi ferro. Tungku bloomery memungkinkan besi panas cukup untuk dikerjakan menuju kemurnian, alih-alih membawa logam ke keadaan cair, tetapi mereka membantu dalam penemuan perlahan kimia besi. Satu hal untuk meleleh besi: untuk membuat logam yang kuat dan dapat digunakan, penambahan karbon yang benar diperlukan, dan tungku bloomery bergantung pada bahan bakar karbon. Ketika tungku cukup panas untuk meleleh besi, metalurg juga perlu mengembangkan pemahaman mereka tentang fluxes, yang merupakan aditif yang digunakan untuk membantu membersihkan logam akhir dengan mencegah pembentukan oksida.

Kemajuan yang dibawa oleh kombinasi inovatif tungku dan kimia telah berlanjut selama sejarah manusia. Kemajuan metalurgi jelas membawa masuk Bronze dan Iron ages berdasarkan namanya. Revolusi Industri membawa kita ke Steel Age. Mesin pembakaran, kereta api, dan praktik konstruksi modern tidak akan mungkin tanpa kemajuan penting yang disebut proses Bessemer, yang gelembung oksigen melalui baja cair memungkinkan suhu yang lebih tinggi dan waktu produksi yang lebih cepat, memungkinkan produksi massal baja berkualitas.

Melting vs. smelting

Smelting adalah proses untuk menghilangkan elemen logam dari bijih yang ditambang. Sebagian besar logam ditemukan sebagai urat dalam batuan, atau sebagai bagian dari elemen lain. Smelting adalah langkah pertama ekstraksi. Melting adalah apa yang dilakukan dengan logam atau logam murni. Scrap dilelehkan, bijih dileburkan. Pig iron adalah ingot kasar yang dibuat dari peleburan bijih besi.

Blast furnaces

Blast furnaces, yang merupakan tungku sangat tinggi yang diinjeksi dengan gas bertekanan, digunakan untuk peleburan. Blast furnaces sebagian besar menghasilkan ingot dari logam perantara, seperti pig iron. Ingot ini kemudian dikirim ke pabrik cor yang terlibat dalam manufaktur.

Pabrik cor manufaktur mengambil logam dan aditif dan melelehnya untuk membuat grade cor logam tertentu dalam jenis tungku peleburan lainnya.

Jenis tungku peleburan pabrik cor

Tradisional, cupola dan crucible furnaces adalah cara paling umum untuk memanfaatkan logam untuk cor; di era modern, electric arc dan induction furnaces umum.

Crucible furnaces

Crucible furnaces adalah bentuk paling dasar dari tungku logam. Crucible adalah wadah terbuat dari material yang dapat menangani suhu sangat tinggi, sering terbuat dari keramik atau material tahan api lainnya. Ditempatkan ke dalam sumber panas seperti panci mungkin duduk dalam api. Crucible diisi, atau di-charge, dengan logam dan aditif. Di era modern, crucible furnaces masih digunakan oleh pembuat perhiasan, hobi di halaman belakang, beberapa pabrik cor non-ferro, dan pabrik cor yang melakukan produksi batch sangat kecil. Crucibles dapat bervariasi dari cangkir sangat kecil di mana logam dilelehkan dengan blowtorch, seperti yang mungkin dilakukan di toko perhiasan, hingga wadah besar yang mengandung 50lbs material. Crucible yang lebih besar seringkali ditempatkan di dalam tungku seperti kiln dan dapat diangkat untuk dicurahkan, atau material dicurahkan dari atas.

Cupola furnaces

Cupola furnaces panjang, seperti arang, dan diisi dengan coque batubara dan aditif lain. Bahan bakar di dalam cupola dihidupkan, dan ketika tungku cukup panas, pig dan scrap besi ditambahkan secara langsung. Proses meleleh besi di sekitar coque dan aditif menambahkan karbon dan elemen lain dan menghasilkan berbagai grade besi dan baja. Cupola furnaces tidak lagi biasanya digunakan dalam produksi, karena metode electric arc dan induction lebih efisien dalam menghasilkan panas yang dibutuhkan. Namun, ada beberapa tempat di mana tradisi menjaga cupola furnaces tetap berjalan, seperti dalam video Da Shu Hua, di mana pekerja pabrik cor Cina melempar besi cair terhadap dinding untuk menciptakan percikan api yang dramatis untuk menyambut Tahun Baru.

Electric arc furnaces

(EAFs) mulai digunakan pada akhir tahun 1800-an. Elektrode mengalirkan arus listrik melalui logam di dalam tungku, yang lebih efektif daripada menambahkan panas eksternal saat meleleh volume besar sekaligus. EAF besar yang digunakan dalam produksi baja dapat menampung hingga 400 ton. “Charge” dari baja ini sering terdiri dari besi berat seperti slab dan balok, scrap yang dihancurkan dari mobil dan daur ulang lainnya, dan ingot pig iron dari pabrik peleburan.

Setelah tangki diisi, elektrode ditempatkan ke dalam logam, dan busur listrik melewati di antara mereka. Saat logam mulai meleleh, elektrode mungkin didorong lebih jauh ke dalam campuran atau ditarik terpisah untuk menciptakan busur yang lebih besar. Panas dan oksigen mungkin ditambahkan untuk mempercepat proses. Saat logam cair mulai terbentuk, tegangan dapat dinaikkan, karena escor yang terbentuk di atas logam bertindak sebagai selimut pelindung untuk atap dan komponen lain dari EAF.

Semua meleleh, seluruh tungku ditebalkan, untuk mencairkan logam cair ke dalam cetakan tungku di bawah. Kadang-kadang cetakan itu sendiri dapat menjadi EAF tungku yang lebih kecil, yang ditugaskan untuk menjaga logam tetap panas sebelum dicurahkan.

Induction furnaces

bekerja dengan medan magnetik daripada busur listrik. Logam di-charge ke dalam crucible yang dikelilingi oleh elektromagnet kuat yang terbuat dari kabel tempa. Ketika induction furnace dihidupkan, coil menciptakan medan magnetik yang berbalik dengan cepat dengan perkenalan arus bolak-balik. Saat logam meleleh, elektromagnet menciptakan eddies di dalam cairan yang mengaduk sendiri material. Panas di induction furnace diciptakan oleh eksitasi molekul dalam besi itu sendiri, berarti apa pun yang masuk ke dalam crucible adalah apa yang keluar: tidak ada penambahan oksigen atau gas lain ke dalam sistem. Ini berarti lebih sedikit variabel yang dikontrol selama peleburan, tetapi ini juga berarti induction furnace tidak dapat digunakan untuk menyaring baja. Apa yang masuk, keluar. Seperti EAF furnace, induction furnaces sering meleleh dengan menebalkan ke dalam cetakan di bawah.

Induction furnaces sangat umum dan mudah dioperasikan jika diberikan input berkualitas tinggi. Model umum dapat menghasilkan 65 ton baja pada setiap charge.

Semua tungku di lantai pabrik cor menghadapi musuh fatal: uap air. Air, bahkan dalam jumlah kecil, dapat menyebabkan percikan atau ledakan, dan oleh karena itu semua scrap dan ferroalloys, serta setiap alat yang digunakan dalam produksi, harus kering sebelum digunakan. Scrap logam tidak boleh memiliki area tertutup di mana air atau uap mungkin terperangkap. Bahkan alat yang digunakan oleh pekerja pabrik cor harus bebas dari kondensasi atau kelembaban. Banyak pabrik cor memiliki oven pengering untuk memastikan bahwa scrap dan alat benar-benar kering sebelum apa pun menyentuh tungku cor.

Cetakan tungku

Setelah logam dilelehkan, harus diperkenalkan ke dalam cetakan. Di pabrik cor yang lebih kecil, ini mungkin semua terjadi dalam satu tahap: crucible yang dapat ditebalkan atau diangkat mungkin membawa logam dari tungku ke pasir. Namun, ini tidak praktis ketika tungku menampung banyak ton logam. Biasanya, dalam manufaktur ferro, cetakan mentransfer bagian kecil dari lelehan dari tungku utama.

Dalam sistem ini, cetakan mungkin membawa logam langsung ke cetakan. Namun, transfer cetakan mungkin membawa cairan ke tangki penyimpanan atau tungku sekunder. Treatment cetakan adalah jenis lain yang tersedia, digunakan untuk memecah lelehan menjadi bagian, seperti seorang tukang roti mungkin memisahkan adonan dasar untuk digunakan sebagai dasar untuk resep lain. Misalnya, besi cor cair mungkin memiliki agen yang ditambahkan di treatment cetakan untuk membuat karbon di dalamnya berbentuk bola, bukan flak, menciptakan logam yang lebih lentur yang disebut ductile iron.

Cetakan dapat sangat kecil dan diangkat oleh pekerja pabrik cor atau dapat menampung banyak ton logam dan membutuhkan dukungan mekanik. Cetakan terbesar dipindahkan melalui pabrik cor oleh mobil cetakan atau oleh krane overhead atau sistem jejak.

Cetakan semua jenis dirancang untuk melindungi pekerja dari percikan, nyala api, atau percikan saat mencurahkan. Beberapa cetakan mencurahkan di atas bibir atas, atau tutup mencurahkan, dan perlu ditebalkan: ini sering memiliki gear yang memungkinkan pekerja pabrik cor untuk mengontrol laju mencurahkan dengan hati-hati. Cetakan lain memiliki tutup mencurahan di bawah ember dan pencurahan dikontrol dengan menghapus dan mengganti stopper.

Mixing alloys

Logam terdiri dari campuran elemen yang distandarkan oleh rumus yang menentukan persentase setiap jenis serta langkah-langkah yang diambil dalam pembuatannya. Tungku peleburan dan treatment cetakan pabrik cor adalah tempat jenis logam ini dibuat untuk cor.

Pabrik cor sering spesialis baik dalam ferro alloys, yang mengandung besi, atau non-ferro alloys tertentu, seperti logam mulia, tembaga-baser, atau aluminium-baser alloys.

Ferro alloys terbagi menjadi besi dan baja. Cast iron alloys termasuk grey iron, yang mengandung silicon, dan ductile iron, yang memiliki jenis karbon bola. Grade cast steel didefinisikan oleh persentase karbon dan aditif lain dalam campuran. Stainless steel adalah baja yang mengandung chromium, untuk membantu mencegah karat melalui passivation.

Non-ferro alloys mencakup semua logam lain, jadi tidak heran ada spesialisasi lebih lanjut di pabrik cor non-ferro. Beberapa tempat spesialis dalam seng, beberapa dalam aluminium; lainnya bekerja terutama dengan tembaga-baser alloys seperti kuningan dan perunggu. Namun, ada perpotongan. Jika pabrik cor tertentu bekerja dengan baik perunggu dan aluminium, misalnya, mereka kemungkinan besar akan spesialis dalam grade tertentu dari masing-masing.

Berkaitan dengan logam yang diproses oleh pabrik cor, premis membuat logam cair dan mencor ke dalam ruang kosong untuk membentuknya adalah sama. Ide menjadi nyata saat logam mengalir ke dalam cetakan.

Previous Post: CoreMaking Metal Casting Process Next Post: Shakeout and Cleaning