Proses Produksi Pipa Besi Tuang
(Cast Iron Pipe)

Latar Belakang

Setiap perusahaan yang bergerak dibidang minyak dan gas selalu mengedepankan sistem perpipaan yang efektif dan aman digunakan. Baik itu digunakan dalam menyalurkan minyak dan gas dari sumur (well) menuju ke area pengolahan (central plant) ataupun dari area pengolahan menuju konsumen area (selling process). Pemilihan pipa yang aman dan tahan terhadap korosilah yang dipilih. Atas dasar itulah para ahli dibidang material menciptakan suatu pipa yang terbuat dari besi tuang, karena pipa tersebut lebih tahan korosi dibanding pipa baja.

Pengertian dan sifat Besi Tuang
Besi Tuang (Cast Iron) adalah Kumpulan nama dari paduan besi karbon yang memiliki persentase kadar karbon kira-kira 2-4%. Oleh karena kadar karbon itu material ini sudah dapat menjadi encer dan cair pada temperatur yang cukup rendah (1200 C), kalau didinginkan, material tersebut beralih menjadi bentuk yang padat, sebaliknya kalau dipanaskan besi tuang berubah cepat dari bentuk padat kebentuk cair.
Besi Tuang tidak dapat ditempa, tetapi jika besi tuang itu masih encer dan cair maka besi tuang itu dapat dimasukkan kedalam berbagai bentuk cetakan. Besi Tuang tidak terlalu mampu menahan tarikan dan juga tidak terlalu elastis, apabila ada tarikan yang besar terutama pada pelengkungan maka besi tuang ini akan cepat patah.

Jenis logam
Keuletan
(%) Titik Cair
oC Kekerasan
(Brinell)
Besi dan baja
Besi cor kelabu
Besi Cor putih
Baja
110 – 207
310
276 – 2070
0 – 1
0 – 1
15 – 22
1370
1370
1425
100 – 150
450
110 – 500
Bukan Besi
Aluminum
Tembaga
Magnesium
Seng (tuang)
Titan
Nikel
83 -310
345 – 689
83 – 345
48 – 90
552 – 1034
414- 1103
10 – 35
5 – 50
9 – 15
2 – 10
-
15 – 40
660
1080
650
785
1800
1450
30 – 100
50 – 100
30 – 60
80 – 100
158 – 266
90 - 250
Tabel 1. Perbandingan daya tarik, keuletan, titik cair, dan kekerasan pada logam baja besi dan bukan besi


Pipa Besi Tuang(Cast Iron Pape)

Pipa bersoket adalah pipa besi tuang yang paling banyak didapat, pada ujung yang satu dari pipa tersebut ada bagian yang lebih lebar dan lebih tebal yaitu soketnya, pada ujung yang lain dinding pipa tidak dipertebal dan disebut ujung spigot (spigot end). Ujung spigot yang satu berukuran yang sesuaian dengan ujung soket pipa yang berikutnya.
Adapula pipa dengan Flensa pada kedua ujungnya, sehingga pipa-pipa tersebut dapat disambungkan dengan sebuah baut. Pipa berflensa biasanya hanya dipakay sementara untuk pipa saluran yang ada diatas permukaan tanah.


Gambar Pipa Besi Tuang Noduler

Proses Memproduksi Pipa Besi tuang

Adapun proses Produksi pipa besi cor ini dapat kita urutkan sebagai berikut:
1. Proses Peleburan atau Pencairan logam Besi
2. Proses Penuangan
3. Proses Penguatan
4. Proses Pembersihan
5. Proses Pemotongan
6. Proses Pengujian
7. Proses Galvanizing
8. Proses Pelapisan lanjut

Proses Pencairan Logam

Jenis dapur yang sering digunakan untuk melebur besi agar menjadi cair adalah jenis dapur busur listrik. Busur listrik langsung (electrical arc furnace) disini menggunakan arus mengalir melalui elektroda ke muatan logam atau logam cair dan kembali ke elektroda. Pada tanur dapur listrik ini ruang dapur terdiri dari batu tahan api jenis asam, beralaskan serbuk ganister dan berdinding batu silika. Awalnya besi bekas yang memiliki kadar belerang dan fosfor yang rendah dicampur dengan ingot sebelumnya dan paduan magnesium untuk meningkatkan kemampuaan ketahanan terhadap korosi. Campuran tadi dimasukkan dengan mengangkat dan memutar atap dapur. Pada tutup dapur terdiri dari tiga lubang atau lebih untuk elektroda grafit yang akan mengenai besi tua. Arus tiga fasa mengalir melalui elektroda yang satu ke tumpukan logam yang akan dilebur dan yang lainnya kembali ke elektroda untuk membentuk busur listrik kembali. Besarnya temperatur panas yang dihasilkan dari electrical arc furnace ini adalah 1500oC Keuntungan lainnya dari penggunaaan busur elektrik ini adalah pengenalan terhadap suhu dapat dilakukan dengan cermat dan komposisi dari logam dapat dikendalikan. Dan sebelum ingot dicetak terlebih dahulu ingot ditampung didalam ladle furnace untuk pengaturan suhu agar logam bisa baik untuk dicor yaitu sekitaran 1490 – 1500 oC.

Proses Penuangan secara Vertikal

Cara pabrikasi yang masih kuno namun sampai sekarang masih cukup evektif dalam memproduksi pipa besi tuang ini adalah dengan pabrikasi menuang secara vertikal. Pipa dihasilkan dengan cara menuangkan besi tuang kedalam cetakan berdiri, yang dinamai kotak tuang(Casting Box). Kotak Tuang ini dilapisi dengan cetakan pasir, dan Dibagian dalam dari cetakan atau disebut inti(poros) juga dari pasir padat. Dibagian ruang yang tersisa itulah Besi Tuang dituangkan. Setelah membeku cetakan pasir itupun dilepaskan dan hasilnya dapat digarap lebih lanjut lagi.

Proses Penuangan secara Sentrifugal


Gambar 2. proses pengecoran sentrifugal

Akan tetapi ada juga proses penuangan yang dinamakan proses penuangan secara sentrifugal, maka material tersebut akan mendapatkan sifat yang lebih baik. Menuang secara sentrifugal dapat dilakukan dengan cetakan yang berputar cepat dalam posisi yang hampir horizontal. Olehkarena perputaran yang sangat cepat ini, besi tuang yang masih cair ini terombang-anbing menyinggung dinding cetakan, sehingga inti(poros) cetakan tidak diperlukan lagi. Material itu begitu menyebar sehingga menghasilkan benda dengan tebal dinding yang merata. Hanya untuk membuat soket, maka inti harus dipasang.
Untuk lebih jelas maka proses tersebut dapat kita ilustrasikan sebagai berikut :
Lapisan tahan api disemprotkan ke permukaaan dalam cetakan pipa dan penutup yang terbuat dari pasir resin di tempatkan pada ujung pipa utnuk mendapatkan bentuk socket. Leburan besi dituangkan dari ladle furnace ke salah satu ujungnya dengan hati-hati ke dalam cetakan pipa yang berputar cepat dengan adanya pengaruh putaran gaya sentrifugal. Dikarenakan adanya gaya sentrifugal ini logam cair terlempar keluar dan tertekan pada permukaan cetakan sehingga akan membentuk pipa berongga silindris sesuai dengan bentuk cetakan dan penutup pipa. Disini tidak diperlukan adanya inti. Lapisan tahan api pada cetakan memungkinkan terjadinya solidifikasi dengan cepat. Dan benda hasil coran akan padat dan kotoran akan terhimpun dibagian dalam sehingga memudahkan untuk dilakukan proses permesinan lebih lanjut. Selain mempercepat terjadinya solidifikasi juga akan memperlambat proses pendinginan pada pipa dan mencegah terbentuknya karbit. Ini akan membuat pipa lebih ulet dan memiliki deformasi yang agak tinggi. Proses rotasi sentrifugal akan terus terjadi sampai solidifikasi selesai. Ketebalan dari pipa bisa diatur sesuai kebutuhan denagan cara menyetel pengendali jumlah logam cair yang masuk. Perputaran diatur sedemikian rupa sehingga gaya pada dinding cetakan adalah 70g (70 x gravitasi) kecepatan perputaran dapat dihitung dari rumus :


Dimana :
N : kecepatan putaran dalam rpm
G factor : kelipatan besar gaya g yang diinginkan
g. : 9,8 m/detik (percepatan gravitasi)
r : jari-jari cetakan



Sifat yang lebih baik dari material tersebut muncul karena zat karbonnya terbagi lebih merata dan stuktur dari besi tuang itu menjadi lebih padat.Ketahanan dari daya tarik dan daya lengkung juga menjadi bertambah.

Proses Penguatan Pipa

Gambar 4. Proses penguatan pipa
Dalam tanur penguatan, pipa dipanaskan pada temperatursekitar 750oC selama beberapa jam agar pemanasan menjadi merata karena jika pemanasan tidak merata bisa terjadi peretakan dalam struktur (distorsi) selain itu pemanasan ini berfungsi memperbaiki struktur mikro dari logam sehingga meningkatkan sifat kelenturan dan tentu saja kekerasan dan kerapuhan dari logam dapat diturunkan sampai memenuhi persyaratan penggunaan. Kekerasan turun, kekuatan tarik akan turun pula sedangkan keuletan akan meningkat. Pemanasan ini termasuk suatu proses anilisasi pada suhu dibawah suhu kritis AC3 berarti pada suhu ini belum terbantuk struktur austenit seluruhnya hanya sedikit austenit dan beberapa persen mengandung besi ferit setelah itu disusul dengan pendinginan secara perlahan untuk mendapatkan keuletan yang diinginkan. Meskipun pada proses ini menghasilkan baja yang lebih lunak ,proses ini berbeda dengan proses temper karena disini sifat-sifat fisis dapat dikendalikan dengan cermat. Tanpa mengurangi kekuatan baja secara signifikan.
Proses pembersihan
Setelah pipa keluar dari tanur penguatan, pipa kemudian dimasukkan kedalam mesin pembersihan. Dimana di ruang pembersihan itu pipa akan mengalami proses shot blasting yaitu proses penyemprotan air dengan menggunakan alat menyerupai paku yang berfungsi sebagai sprayer sampai bersih untuk dipersiapan proses berikutnya yaitu proses pelapisan dengan menggunakan zinc. Selain berfungsi uantuk membersihkan di dalam proses ini juga membantu proses penguatan pipa walaupun sedikit. Terjadi peningkatan percepatan pendinginan utnuk meningkatkan sedikit kekutan dari material pipa ductile ini. Pipa dimasukkan ke dalam mesin yang berputar agar seluruh permukaan dari pipa tersebut bersih secara merata.


Gambar 7. Proses washing dengan sprayer
Proses Pemotongan
Setelah dibersihkan pipa siap untuk di galvanizing dengan zinc, sebelum itu pipa akan dipotong dan dichamfer bagian socket dan spigot sesuai dengan kebutuhan dan pemasaran. Proses ini dilakukan oleh mesin dengan ketelitian yang sangat akurat. Ketelitian yang buruk akan mengakibatkan kesulitan dalam pemasangan pipa.

Gambar 8. Pipe cropping
Pengujian tekanan hidrolik
Untuk menjaga agar pipa tidak mengalami kebocoran dan tahan terhadap tekanan yang disebabkan oleh fluida yang dialirkannya maka dalam rangkaian proses ini diperluikan sebuah uji ketahanan hidrolik. Pengujian akan diulang hingga mencapai perbandingan angka kualitas yang direkomendasikan, khususunya untuk pipa yang mengalirkan gas bertekanan tinggi hingga ribuan Psi akan sangat riskan sekali menggunakan pipa dengan tingkat ketahanan dalam yang rendah. Pengujian ini dilakukan oleh sebuah peralatan yang sangat canggih, hanya dibutuhkan waktu sekian menit saja untuk menyelesaikan pengujan ini.

Gambar 9. Pengujian tekanan hidrolik
Galvanizing
Untuk mencegah terjadinya korosi yang disebabkan oleh air dan zat asam dari lingkungan dan fluida yang dialirkan perusahaan ini menggunakan zinc atau seng yang bertindak sebagai anoda yang lebih tinggi. Air dan zat asam terlebih dahulu akan menyerang zat yang memiliki kadar asam yan lebih tinggi seperti kita lihat dari reaksi di bawah ini :
Zn + H2SO4 ZnSO4 + H2
Zn + 2HCl ZnCl2 + H2
Zn + 2H2O + O2 2Zn (OH)2
Zn (OH)2 ZnO + H2O
Reaksi diatas terlebih dahulu terjadi sebelum reaksi okosidasi anodik pada besi seperti dibawah ini :
4Fe + 6H2O + 3O2 4Fe (OH)3
2Fe (OH)3 Fe2O3 + 3H2O
Fe + 2 HCl FeCl2 + H2
Pencegahan terhadap reaksi korosif logam tak sejenis (galvanic) ini banyak para insinyur menggunakan istilah deret galvanis. Deret galvanis ini lebih dipilih oleh para insinyur dari pada deret elektrokimia karena faktor-faktor sebagai berikut :
1. Deret elektrokimia memuat data yang bersifat mutlak dan kuantitaif dalam perhitungan teliti, sedangkan deret galvanis hubungan antara logam satu dengan logam yang lainnya
2. Deret elektrokimia harus dan hanya memuat data tentang unsure-unsu logam sedangkan deret galvanic memuat informasi baik mengenai logam murni maupun paduan (lebih praktis)
3. Deret elektrokimia diukur dalam keadaan baku sedangkan deret galvanis diperoleh dari ukuran pengaruh pada kondisi-kondisi tempratur, tekanan, dab semua elektrolit.

Dari tabel galvanis ataupun dari table elektrokimia nilai dari logam seng lebih tinggi nilai anodanya ( - ) dari pada nilai dari logam baja, korosi dapat dicegah karena reaksi galvanis terjadi dulu pada seng.

Gambar 10. Galvanizing process
Proses Pelapisan lanjutan (mortal lining)

Gambar 11. Mortal lining
Pelapisan lanjutan yaitu pelapisan bagian dalam pipa dengan menggunakan semen. Dimana pipa dilapisi dengan adukan semen dengan pasir yang berkualitas tinggi. Adukan semen ini dimasukkan ke dalam pipa yang berputar dengan kecepatan tinggi sehingga penyebarannya menjadi merata pada seluruh permukaan bagian dalam pipa. Lapisan semen ini akanmembuat lapisan dalam pia tahan terhadap perkaratan dan mengurangi terjadinya putaran air dalam pipa. Lapisan semen jika bertemu dengan kandungan sedikit air maka akan berubah menjadi asam yang memiliki sifat anodic yang tinggi. Setelah itu pada bagian luar dari pipa dicat dengan mengguakan cat bituminous yang tidak lain mengurangi dari korosi akibat udara luar. Yang berfungsi melindungi terjadinya korosi awal pada zinc. Diibaratkan ini seperti tameng pertama pencegah korosi. Selain menggunakan cat bituminus bisa juga digunakan cat aspal dari batubara. Dimana teknik pengecatan dilakukan dengan menggunakan spray.

Sifat Pipa Besi Tuang

Sudah kita ketahui bahwa besi tuang sangat tahan terhadap karat. Kulit tuang Yang bersifat melindungi dapat menolak perusakan yang disebabkan pengaruh udara luar. Tapi nyatanya pada jenis-jenis permukaan tanah tertentu, besi itu bisa habis berkarat sementara zat karbonnya tetap tinggal. Oleh karena zat karbon ini mirip sekali dengan isi pensil, maka gejala ini disebut pemensilan pipa. Jadi, dalam kondisi seperti tadi pipa besi tuang harus dilindungi secara ekstra.
Oleh karena pabrikasi pipa besi tuang cukup sederhana, maka dalam banyak hal pipa ini masih merupakan pilihan yang cukup murah. Pipa dari besi tuang nodular dapat menahan tekanan dari luar lebih baik daripada pipa besi tuang biasa. Pipa besi tuang nodular dipakai pada tempat-tempat di mana beban yang berubah semakin berat, Pipa besi tuang biasa (kelabu) lebih gampang digarap daripada pipa besi tuang nodular. Oleh sebab itu pipa dari besi tuang biasa yang menjadi pilihan utama. Apalagi kalau sebelumnya sudah diketahui akan banyak lubang-lubang (pada penyambungan sisi pipa) yang harus dibuat pada pipa itu.
Selain dibuat sebagai pipa lurus, Besi tuang juga dapat dituangkan untuk pembuatan pipa berprofil ataupun aksesoris dan peralatan dari jaringan saluran pipa. Oleh karena besi tuang hampir selalu dapat dituang dalam bentuk apapun, maka ia merupakan material pilihan untuk membuat asesoris. Dalam bidang distribusi air ada kebutuhan untuk membuat sejumlah besar macam ragam asesoris, seperti lengkungan, mulut pipa (nozzle), soket, katup, dan pipa peralihan. Pipa besi tuang juga hanya akan memakai asesoris dari besi tuang.Asesoris untuk pipa besi tuang harus mempunyai sifat yang sama dengan sifatmaterial pipanya.



Teknologi yang sangat canggih seperti sekarang sangat membantu kita dalam melakukan proses produksi secara baik dan ekonomis, sehingga kita dapat memproduksi berbagai alat atau perkakas dari bahan besi cor ke dalam berbagai macam bentuk.