Thermal Shock dan Spalling pada Refractory: Penyebab, Tanda, dan Cara Mencegahnya

Thermal shock adalah kerusakan refractory akibat perubahan suhu yang terlalu cepat, sedangkan spalling adalah gejala yang terlihat: permukaan bata atau castable retak lalu mengelupas dan lepas berlapis-lapis. Penyebab paling umum adalah pemanasan atau pendinginan mendadak, kelembapan yang terjebak di dalam lining, dan pemuaian yang tidak diberi ruang. Kabar baiknya, sebagian besar kasus bisa dicegah dengan dry-out dan heat-up bertahap, desain expansion joint yang benar, serta pemilihan material yang sesuai kondisi kerja.

Apa Itu Thermal Shock dan Spalling?

Refractory menghantarkan panas secara lambat. Saat tungku dipanaskan atau didinginkan dengan cepat, permukaan yang menghadap api (hot face) sudah berubah suhu jauh lebih dulu dibanding bagian dalamnya. Perbedaan suhu ini membuat bagian permukaan memuai atau menyusut lebih banyak daripada bagian belakang, sehingga muncul tegangan di dalam material. Bila tegangan melebihi kekuatan material, terbentuk retak.

Istilah spalling dipakai untuk kerusakan berupa lepasnya potongan atau lapisan dari permukaan refractory. Secara umum ada tiga jenis yang sering ditemui:

• Thermal spalling: akibat perubahan suhu cepat atau berulang (thermal shock).
• Mechanical spalling: akibat tekanan karena pemuaian tertahan, beban, atau benturan.
• Structural spalling: akibat lapisan permukaan berubah sifat (misalnya tersusupi kerak atau slag) sehingga pemuaiannya berbeda dari bagian di belakangnya, lalu lepas sebagai satu lapisan.

Pada castable yang baru dicor, ada satu jenis lagi yang sering disebut explosive spalling: air yang masih tersimpan di dalam castable berubah menjadi uap terlalu cepat, tekanannya tidak sempat keluar, lalu permukaan pecah dan terlempar.

Penyebab Thermal Shock dan Spalling

1. Pemanasan atau pendinginan terlalu cepat

Menyalakan burner langsung ke suhu operasi setelah shutdown, atau membuka pintu tungku lebar-lebar dan menyemprotkan udara dingin agar cepat bisa dimasuki, adalah pemicu klasik. Siklus start-stop yang sering juga mempercepat kelelahan material.

2. Kelembapan terjebak

Castable dan mortar mengandung air campuran. Lining yang lama tidak dipakai juga bisa menyerap lembap dari udara atau dari kebocoran pipa. Bila dipanaskan cepat, air ini menguap dengan tekanan tinggi. Inilah alasan castable wajib menjalani dry-out, seperti dibahas di artikel jadwal dry-out castable refractory.

3. Pemuaian terhalang

Semua refractory memuai saat panas. Bila tidak ada celah ekspansi (expansion joint) atau celah itu terisi kerak dan material keras, bata dan castable akan saling menekan. Tekanan ini biasanya terlihat sebagai retak dan pecah di tepi bata atau di dekat sudut.

4. Perbedaan material yang tidak cocok

Menempel material dengan sifat pemuaian berbeda, misalnya patching tipis di atas lining lama yang sudah berkerak, atau menggabungkan material dengan kepadatan sangat berbeda tanpa sambungan yang tepat, bisa membuat lapisan baru lepas saat siklus panas. Anchor yang terlalu rapat atau tidak dilapisi juga bisa menjadi titik retak.

5. Kerak dan penyusupan slag

Kerak abu atau slag yang meresap ke pori-pori permukaan membuat lapisan luar lebih padat dan berbeda sifat dari bagian dalamnya. Saat suhu turun-naik, lapisan ini cenderung lepas sebagai satu kesatuan.

Tanda-Tanda Lining Mengalami Thermal Shock atau Spalling

• Retak rambut sejajar permukaan atau membentuk pola jaring di muka bata dan castable.
• Permukaan mengelupas berlapis, meninggalkan cekungan dangkal dengan tepi tajam.
• Pecahan refractory ditemukan di lantai ruang bakar atau di saluran abu setelah shutdown.
• Sudut dan tepi bata gompal, terutama di dekat pintu, lubang burner, atau area yang sering terkena udara dingin.
• Pada castable baru: lubang kawah dan pecahan yang terlempar setelah pemanasan pertama.
• Hot spot, yaitu titik panas di casing luar, karena lining menipis setelah lapisan lepas.

Ringkasan Penyebab, Tanda, dan Pencegahan

Penyebab	Tanda yang sering terlihat	Cara mencegah
Heat-up/cool-down cepat	Retak jaring, permukaan mengelupas tipis	Kenaikan dan penurunan suhu bertahap sesuai prosedur
Kelembapan terjebak	Pecah terlempar, kawah pada castable baru	Dry-out terkontrol, curing cukup, jaga lining tetap kering
Pemuaian terhalang	Tepi bata pecah, dinding menggembung	Expansion joint sesuai desain, jangan diisi mortar keras
Material tidak cocok	Patching lepas, retak di batas material	Pilih material sesuai suhu dan kondisi, bersihkan permukaan lama
Kerak/slag menyusup	Lapisan tebal lepas sekaligus	Pembersihan kerak berkala, material lebih padat di area kritis

Cara Mencegah Thermal Shock dan Spalling

Dry-out dan heat-up bertahap

Setelah pemasangan castable, mortar, atau perbaikan, panaskan lining secara bertahap dengan tahap tahan (holding) di suhu tertentu agar air keluar perlahan. Ikuti jadwal dari TDS produk dan sesuaikan dengan tebal lining. Prinsip yang sama berlaku saat start-up rutin dan saat mematikan tungku: hindari membuka pintu dan mendinginkan paksa dengan udara atau air.

Expansion joint yang benar

Sediakan celah ekspansi di dinding panjang, di sudut, dan di batas antara material yang berbeda. Isi celah dengan bahan yang lentur, bukan mortar keras. Saat inspeksi, pastikan celah ini tidak tertutup kerak.

Pilih material sesuai kondisi

• Untuk area yang sering mengalami siklus panas, pilih material dengan kekuatan dan kepadatan yang memadai. Castable low cement seperti RCH 60 LC (CCS 815°C 320–400 kgf/cm², air campuran 6–7 %) punya porositas lebih rendah, tetapi wajib diaduk dengan mixer paksa, dipadatkan dengan vibrator, dan dikeringkan dengan disiplin karena strukturnya rapat.
• Untuk lining bata, pilih grade fire brick dengan suhu kerja yang cukup di atas suhu operasi, misalnya SK-34 (±1.350°C) atau SK-36 (±1.500°C), lalu pasang dengan sambungan tipis 1–3 mm.
• Pakai castable sesuai suhu kerjanya dan jangan menambah air melebihi takaran.

Tidak ada refractory yang benar-benar kebal thermal shock. Material yang tepat hanya memperpanjang umur bila dipasang dan dioperasikan dengan benar.

Cara Memperbaiki Lining yang Spalling

1. Tunggu dingin dan amankan area sebelum masuk ke ruang bakar.
2. Bongkar bagian yang rapuh sampai menemukan material yang masih keras dan utuh. Patching di atas permukaan rapuh akan lepas lagi.
3. Bentuk lubang perbaikan dengan tepi tegak, bukan meruncing tipis, agar material baru punya ketebalan yang cukup.
4. Bersihkan debu dan kerak, lalu basahi permukaan lama secukupnya bila memakai castable agar air adukan tidak terserap habis.
5. Pilih material perbaikan: castable untuk area lebar yang bisa dibekisting, mouldable/plastic refractory SUPER untuk perbaikan cepat, area pin stud, dan bentuk tidak beraturan, atau ganti bata bila kerusakan berada di pasangan bata.
6. Lakukan dry-out sebelum kembali ke operasi normal.

Bila spalling terus berulang di lokasi yang sama, perbaikan setempat saja tidak cukup. Cari akar masalahnya, misalnya pola operasi, desain anchor, atau pemilihan material. Artikel penyebab lining boiler cepat rusak membahas faktor-faktor lain yang sering terlibat.

Pertanyaan Umum (FAQ)

Apa beda thermal shock dan spalling?

Thermal shock adalah penyebabnya, yaitu tegangan akibat perubahan suhu yang cepat. Spalling adalah akibatnya, yaitu permukaan refractory yang retak lalu mengelupas atau lepas.

Kenapa castable baru bisa pecah saat pertama kali dipanaskan?

Biasanya karena air di dalam castable menguap terlalu cepat sehingga tekanan uap memecahkan permukaan. Curing yang cukup dan dry-out bertahap adalah pencegahan utamanya.

Apakah bata tahan api lebih tahan thermal shock daripada castable?

Tidak bisa disamaratakan. Bata sudah dibakar di pabrik dan sambungannya memberi sedikit ruang gerak, sedangkan castable monolitik lebih sensitif terhadap kelembapan awal. Pilihan yang tepat untuk tiap area tergantung desain dan pola operasi.

Bolehkah tungku didinginkan dengan menyemprot air agar cepat diperbaiki?

Tidak disarankan. Pendinginan mendadak adalah salah satu pemicu utama thermal shock dan bisa merusak lining yang sebelumnya masih baik.

Lining Anda sering retak dan mengelupas? Kirim foto kerusakan, suhu kerja, dan pola operasi tungku via WhatsApp 0821-5198-5776 atau melalui halaman minta penawaran. Tim kami bantu analisis penyebabnya dan menyarankan material perbaikan, gratis.