92049 3-213977968051

MODUL PERKULIAHAN

Proses ProduksiPeleburan Logam

Fakultas Program Studi Tatap Muka Kode MK Disusun Oleh

Teknik Teknik Industri 03 Popy Yuliarty,ST,MT

Abstract KompetensiPada umumnya logam-logam yang dihasilkan dari dalam tambang masih dalam bentuk batu-batuan dan jarang sekali terdapat bebas dalam alam. Biasanya terdapat dalam keadaan terikat dengan unsur-unsur yang lain seperti : zat asam, zat arang dsb.Logam-logam tambang tsb belum dapat digunakan sebagai bahan dasar pembuatan produk jadi atau WIP. Proses awal pembentukan logam dilakukan melalui proses penuangan (pengecoran) bijih logam, sehingga logam-logam itu berbentuk benda tuang yang disebut ingot, dimana ingot-ingot ini akan diolah menjadi besi kasar (pig iron) dan akan dibentuk sedemikian rupa kedalam bentuk lain yang kita kehendaki baik melalui proses pengecoran (penuangan) maupun proses lainnya seperti pengerjaan panas (hot working processes) dan pengerjaan dingin (cold working processes).

Mahasiswa memahami proses awal pembentukan logam.

2013 1 Nama Mata Kuliah dari Modul

Pusat Bahan Ajar dan eLearningPopy Yuliarty,ST,MT http://www.mercubuana.ac.id

Bab 3Peleburan Logam3.1. PELEBURAN LOGAM

Pada umumnya logam-logam yang dihasilkan dari dalam tambang masih dalam

bentuk batu-batuan dan jarang sekali terdapat bebas dalam alam. Biasanya terdapat

dalam keadaan terikat dengan unsur-unsur yang lain seperti : zat asam, zat arang dsb.

Logam-logam tambang tsb belum dapat digunakan sebagai bahan dasar

pembuatan produk jadi atau WIP. Proses awal pembentukan logam dilakukan melalui

proses penuangan (pengecoran) bijih logam, sehingga logam-logam itu berbentuk

benda tuang yang disebut ingot, dimana ingot-ingot ini akan diolah menjadi besi kasar

(pig iron) dan akan dibentuk sedemikian rupa kedalam bentuk lain yang kita kehendaki

baik melalui proses pengecoran (penuangan) maupun proses lainnya seperti

pengerjaan panas (hot working processes) dan pengerjaan dingin (cold working

processes).

Proses pengolahan logam menjadi bahan baku ini dilakukan dengan

mempertimbangkan berbagai aspek kebutuhan kualitas produk akhir yang dikehendaki

dimana setiap proses yang dilakukan akan berpengaruh besar terhadap sifat dan

karakteristik logam tersebut.

Agar dapat digunakan untuk keperluan membuat produk, maka terlebih dahulu

harus :

1. Penggalian logam tambang ( biji-biji besi ) dari dalam tanah yang dilakukan dengan

cara diledakkan, digali, dibor dsb.

2. Pekerjaan pendahuluan dari biji-biji besi, misalnya bijih besi yang berbentuk batu

dipecahkan/dikecilkan ukurannya, dicuci dsb dan biji-biji yang berbentuk pasir atau

berbutir-butir halus dibuat sinter atau briket sebelum dimasukkan dalam dapur

tinggi.

3. Pengolahan biji-biji besi di dalam dapur tinggi sehingga didapatkan besi kasar.

4. Pembuatan baja carbon (logam campuran) di dalam dapur-dapur baja seperti :

convertor Thomas atau Bessemer dsb.



5. Pengerjaan baja carbon lebih lanjut misalnya ; digiling, dicetak untuk dijadikan

baja-baja profil, plat, pipa-pipa dsb.

Logam-logam yang dihasilkan juga tersusun atas dua atau lebih unsur-unsur lain,

dimana salah satunya merupakan unsur logam, sehingga dinamakanlah logam campur

dan campuran zat-zat lainnya.

Logam campur harus memenuhi sifat-sifat yang khusus misalnya :

1. kuat,

2. keras dan liat,

3. tahan terhadap temperatur tinggi,

4. tahan korosi,

5. mudah didapat dan murah

6. mempunyai tahanan listrik yang baik dsb.

Dalam dunia teknik terdapat beberapa jenis logam campur yang terpenting yaitu :

1. Logam campur dengan induk logam besi, misalnya : baja, chrom, besi tuang.

2. Logam campur dengan induk logam Aluminium

3. Logam campur dengan induk logam tembaga dan seng

4. Logam campur dengan induk logam timbal

Besi (Iron) merupakan suatu metal rekayasa dasar yang sangat penting. Iron

didapatkan dari molekul bahan mineral bijih besi (ores). Metalic iron or steel metal

diproduksi dari bahan mineral ini dan telah berperan sangat luas di bidang

pengembangan peradaban manusia.

Pig iron / besi kasar pertama-tama diproduksi pada proses konversi dari bijih besi

menjadi metal yang banyak dimanfaatkan dalam kebutuhan sehari-hari dan diproduksi

dengan menggunakan blast furnace (lihat gambar 4.1.)

Pada umumnya bijih besi dikelompokkan dalam 3 type bijih besi yaitu :

1. Oxide :

a) Magnetic Ores, komposisinya terdiri atas mineral Magnetic (Fe3O4) dimana

Magnetic berwarna coklat dengan kadar bijih besi yang tinggi yakni diatas 56%

b) Haematite Ores, komposisinya terdiri atas mineral Haematite (Fe2O3) dimana

Magnetic berwarna kuning kemerahan dengan kadar bijih besi 40 hingga 65 %

2. Hydrate Ores berisi limotite (2Fe2O3.3H2O) dan Geothite(Fe2O3.3H2O) dengan

kadar besi 20 hinga 55 %

3. Karbonates, berisi mineral Siderite (FeCO3 dengan kadar besi 30 %.



Bijih besi diproses didalam dapur tinggi (blast furnace) menjadi besi kasar (pig

iron) yang keluar berbentuk besi tuang untuk diperhalus menjadi besi kasar (wrought

iron) selanjutnya menjadi baja yang kemudian menjadi besi tuang (cast irons) dengan

karakteristik yang lebih spesifik.

Untuk membuat besi tuang atau baja tuang, maka bahan tsb harus diolah dalam

dapur peleburan. Dapur peleburan (Furnace) ada 5 macam yaitu :

1. Peleburan dengan menggunakan bahan bakar padat yaitu :

a. Dapur tinggi

b. Dapur kupola

2. Peleburan dengan menggunakan bahan bakar cair/gas yaitu :

a. Crubicle furnace

b. Open heart furnace

c. Rotary furnace

3. Peleburan dengan menggunakan elektroda (arc furnace) yaitu :

a. Direct arc furnace

b. Indirect arc furnace

4. Peleburan denga resistance furnace yaitu :

a. Resistane furnace

b. Rod-resistance furnace

5. Converter furnace

3.1.1. DAPUR TINGGI/BLAST FURNACE



Gambar 3.1. Dapur tingi

Pada umumnya dapur tinggi diigunakan untuk mengolah logam-logam tambang

(bijih-bijih besi), kokas, batu kapur untuk dijadikan besi kasar.

Besi kasar yang dihasilkan ini masih perlu diolah kembali di dapur-dapur baja

untuk dijadikan baja atau baja tuang.

Dalam pembuatan besi kasar, dapur tinggi memerlukan 100 ton biji besi tiap jam,

kira-kira 3,5 ton udara panas setiap ton bijih-bijih besi, antara 0,6 – 0,9 ton kokas

setiap ton bijih besi dan dapat menampung bahan-bahan 10.000 ton per dapur tinggi.

Bahan-bahan yang diperlukan dalam proses dapur tinggi adalah :

1. bijih-bijih besi : merupakan bahan pokok dari dapur tinggi

2. batu kapur : digunakan untuk mengikat bahan-bahan yang ikut campur dalam

cairan besi untuk menjadi terak. Dengan adanya terak yang terletak dipermukaan

besi ini, oksidasi oleh udara dapat dihindari. Sebagai bahan tambahan biasanya

digunakan batu kapur murni, kadang pula dolomite.



3. Bahan bakar : kokas, arang kayu, antrasit.

4. Udara panas : digunakan untuk pembakaran dengan bahan bakar menjadi CO2 dan

gas CO guna menimbulkan panas, juga untuk mereduksi bijih-bijih besi. Udara

panas dihembuskan dengan maksud agar pembakaran sempurna, hingga

kebutuhan kokas berkurang. Pemanasan udara dilakukan pada dapur pemanas

coeper.

Gambar 3.2. Blast furnace

Blast furnace merupakan dapur pengecoran logam yang terdiri dari struktur baja,

berbentuk melingkar/silinder yang mengecil, dengan ketinggian berkisar 30 s/d 40

meter, dilapisi dengan batu tahan api/refractory brick, diameter ± 10 meter. Cairan pig

iron dituang setiap 4 s/d 6 jam, dengan kapasitas 1000 s/d 4000 ton per hari.

Cara Kerja Dapur Tinggi :

1. Bahan bakar, bijih besi dan bahan tambahan dimasukkan secara teratur berlapis-

lapis.

2. Udara panas dimasukkan dari daputr cowper dengan kecepatan 100m/dt, maka

udara panas mengadakan pembakaran (CO2 dan pembentukan CO) sebagai gas

untuk mereduksi bijih-bijih besi dengan temperature ± 9000oC.



3. Muatan yang turun ertama kali melepas air, kemudian hidrat arang dan terjadi

pengikatan kimiawi pada waktu reduksi pertama oleh CO pada suhu ± 400oC.

4. Bijih besi turun terus supaya arang/kokas yang pijar berwarna putih menerima zat

arang dan membentuk karbonat-karbonat seperti batu kapur dan dolomite, baru

kehilangan CO2 pada suhu 700oC.-800oC., maka teraknya terbentuk bersama-

sama dengan reduksi sempurna dari besi.

Batu tambang/batu kapur CaCO/CaCO3 dinamakan dolomit, untuk :

Mengikat kotoran

Melindungi besi/cairan besi dan oksidasi

Hasil olahan dapur tinggi adalah :

1. Besi kasar / pig iron

2. terak

3. Gas dan debu

3.1.2.DAPUR KUPOLA

Gambar 3.3. Dapur Kupola 1



Gambar 3.4. Dapur Kupola 2

Keterangan gambar :

Daerah panas mula : mulai dari saluran isi sampai logam, mulai cair dimana

ada perlakuan pemana pendahuluan.

Daerah lebur : daerah logam mulai mencair

Daerah panas lanjut : merupakan pemanas lanjut darilogam cair

Daerah oxydasi : di sini kokas dioxydasi oleh udara yang di tiupkan

melalui tuyeres

Daerah reduksi : gas CO2 di daerah oxydasi direduksi oleh kokas.

Daerah lain terisi 45% logam cair, yang lainnya adalah kokas.

Dapur kupola termasuk dapur pengolahan baja, dimana dapur ini digunakan untuk

mengolah basi kasar kelabu/besi rongsokan/besi bekas menjadi baja.

Proses kerja dapur kupola :

1. Saat akan digunakan , terlebih dahulu diadakan pemanasan pendahuluan agar

dapur dalam keadaan kering (tidak mengandung uap air). Pemanasan

pendahuluan ini dilakukan dengan pembakaran arang kayu dan kokas di dalam

dapur selama ± 15 jam sampai pemanasan pendahuluan berlangsung dengan

sempurna (bahan bakar telah terbakar habis).



2. Selanjutnya dilakukan penambahan kokas dan udara dari blower yang

dihembuskan dengan kecepatan rendah. Pemasukan kokas ditambah terus sampai

mencapai setinggi 7-8 m . dari dasae tungku

3. Setelah bahan bakar kokas terbakar habis kemudian dimasukkan kepingan-

kepingan baja dan besi kasar, dimana berat bahan-bahan yang dimasukkan antara

10%-15% dari output/jam (± 7-10 ton/jam). Sewaktu proses berlangsung sebagian

dari baja/besi telah ada yang cair, maka setiap 15 menit baja/besi cair dikeluarkan

dari lubang pengeluaran cairan baja yang ditampung oleh panci-panci penampung.

4. Untuk pembentukan terak di dalam dapur, ditambahkan CaCO3 pada pemasukan

pertama dan karena temperature dapur, maka akan terjadi penguraian CaCO3 sb :

CaCO3 → CaO + CO2, dan CO2 yang dihasilkan akibat penguraian CaCO3 akan

terbakar/bereaksi dengan kokas sbb :

CO2+ C → 2CO – 41,09 kkal

Gas CO yang dihasilkan dikeluarkan melalui cerobong sebagi gas asap dengan

temperature ± 300oC dan panasnya dapat dimanfaatkan untuk tenaga mesin-mesin

yang lain.

5. Setelah terjadi reaksi antara silica dan batu kapur kemudian dimasukkan besi kasar

dan kokas baru sekitar 8%-12% dari pengisian ke dalam dapur. Apabila kokas baru

telah terbakar, dimasukkan udara dari blower yang akan menimbulkan reaksi

antara zat arang dengan oxygen sbb :

C + O2 → CO2, + 94,22 kcal/mol

Akibat reaksi tersebut, terjadi pengurangan temperatur di dalam dapur tetapi

karena gas CO yang terjadi mempunyai temperature 300oC – 400oC maka

temperature yang turun hanya sedikit, sehingga masih cukup untuk melebur besi

dan membentuk terak.

6. Setelah proses di dalam dapur, maka terak di atas cairan dikeluarkan dari dalam

dapur dan kemudian dikeluarkanlah baja cair yang ditampung oleh panci-panci

untuk dibawa ke tempat penuangan besi atau baja.

3.1.3. ROTARY FURNACE



Gambar 3.5. Rotary Furnace

Keterangan gambar :

Dindingnya : terdiri dari batu tahan api sedangkan bagian luarnya terbuat dari

baja.

Roda gigi : untuk memutar dapur

Posisi dapur tidur dan diputar oleh roda gigi sehingga logam cair

dapat bercampur.

Proses peleburan :

1. Bahan dimasukkan 1/3 dari volume dapur

2. Brader dinyalakan, kemudian dapur diputar perlahan-lahan. Gas dari

brader akan mencairkan logam.

3. Setelah logam mencair, maka logam dikeluarkan.

3.1.4. CRUCIBLE FURNACE

Gambar 3.6. Crucible Furnace201

3 10 Nama Mata Kuliah dari ModulPusat Bahan Ajar dan eLearning

Popy Yuliarty,ST,MT http://www.mercubuana.ac.id

Keterangan gambar :

Vent/pintu : fungsinya sebagai laluan gas luar

Refraktory : fungsinya mengarahkan dan merupakan batas untuk gas panas supaya

terarah pada crusibel/ cairan tuang yang dipanaskan. Terdiri dari plat

baja dan batu tahan api.

Lid : fungsinya untuk menahan gas panas supaya tidak mudah keluar bisa

dibuka dan ditutup juga sebagai bahan baku.

Brender : untuk timbulknya api yang menghasilkan gas panas.

Crusibel furnace adalah dapur tertua yang digunakan untuk melebur baja, terbuat

dari campuran grafit dan tanah liat, mudah pecah dalam keadaan biasa, akan tetapi

memiliki kekuatan yang cukup berarti dalam keadaan panas. Dapat dipanaskan

dengan kokas, minyak/gas alam. Baja karbon rendah, baja bekas, arang kayu dan

paduan fero digunakan untuk membuat baja.

Crucible furnace termasuk dapur yang terbalik untuk untuk memproses/membuat

baja dibandingkan dengan dapur-dapur baja yang lainnya. Proses di dalam dapur ini

terjadi didalam ruangan tertutup, sehingga alat-alat perlengkapannya dan proses

pembuatan baja di dalam dapur ini termasuk sangat mahal dan oleh karena itu dapur

ini hanya digunkan untuk membuat atau mengerjakan baja-baja istimewa atau kores.

Proses kerja :

1. Pertama-tama cawan ini diisi baja dan besi kasar, kemudian cawan ditutup dengan

merapatkan tutup dapur cawan dengan dempul tanah liat.

2. Setelah itu cawan diletakkan dalam dapur api. Di dalam dapur api dimasukkan gas-

gas panas sekeliling cawan sehingga cawan-cawan di dalam dapur api menjadi

panas dan mencairkan baja/besi yang berada di dalam cawan dan mereaksikan

unsur-unsur yang terdapat di dalam baja/besi.

3. Setelah proses selesai, maka cairan baja dikeluarkan dari dalam cawan dan

dibawa ke cetakan penuangan baja untuk dijadikan baja-baja kroes atau baja-baja

istimewa.

4. Baja-baja yang dikerjakan dalam dapur cawan adalah baja-baja istimewa karena

bisa didapatkan baja-baja yang sangat murni dengan campuran yang homogen.

Untuk logam-logam yang sangat sulit dicampur secara merata sangat baik



mengerjakannya dengan dapur cawan karena campuran seperti Si,Mn ,Ni,Cr tidak

akan berubah ( tetapi kadar arangnya akan berubah)

Baja-baja dari cawan ini akan dipakai untuk perkakas tempa, pahat-pahat,

pegas-pegas, baja-baja perkakas, paku keling, pesawat-pesawat pengengkat, kabel-

kabel, dsb. Tetapi karena harganya yang sangat tinggi, maka baja-baja cawan ini

terdesak oleh baja-baja listrik.

3.1.5. OPEN HEARTH FURNACE

Gambar 3.7. Open Herth Furnace

Dapur ini digunakan untuk membuat baja, dan untuk menaikkan efisiensi panas,

maka dapur ini dilengkapi dengan regenarasi panas / cheker work menurut sistem

Siemen Martin.

Besi/baja rongsokan makin lama makin banyak di dunia, untuk mengolah

besi/baja rongsokan ini diperlukan suatu dapur yang mempunyai temperature yang

sangat tinggi yaitu ± 3000oC karena diketahui bahwa besi/baja akan cair pada ±

1800oC.

Untuk mengolah besi/baja rongsokan yang memerlukan suhu yang sangat tinggi,

pada tahu 1865, seorang bangsa Perancir bernama Pierra Martin membuat dapur yang

menggunakan sistem regenerator (dinamakan dapur Siemen Martin)

Bahan untuk dapur Siemen Martin ini adalah :



1. bahan bakar, harus mempunyai kalori yang tinggi dan sedikit mengandung

belerang.

2. Bahan baku, berupa besi kasar dingin/besi kasar cair, besi bekas/rongsokan dan

bijih-bijih besi.

Adapun campuran bahan-bahan baku ini adalah : besi kasar/pig iron, steel scrap,

ore feeding, udara dan bahan bakar.

Proses pembuatan :

1. Peleburan (melting)

Karena charge yang digunakan umumnya barupa campuran dari pig iron dan steel

scrap maka terlebih dahulu dilakukan pencairan seluruhnya. Setelah seluruh logam

cair, maka suhu di atur tidak terlalu tinggi karena refining akan terlambat.

2. Ore feeding

Biji hematite (Fe2O3) ditambahkan untuk meninggikkan kadar O2 dalam molten

metal sehingga kontak antara C dan O2 lebih cepat. Fe2O3 yang dimasukkan akan

masuk pada interface (molten metal slag) kontak dengan Fe cair sehingga terjadi

reaksi den terbentuk FeO. FeO ini akan masuk ke dalam molten metal dan bertemu

dengan carbon yang bebas sehingga terjadi reaksi dan terbentuk Fe dan CO. Gas

CO akan naik dan menyebabkan gaya pengadukan terhadap molten metal atau

carbon boiling.

3. Pembentukan slag/terak.

Ketika proses peleburan telah dimulai dan aksida terhadap Si, Mn, C dengan

penambahan flux maka terbentuk slag. Karena slag ini merupakan penghambat

panas, maka slag yang terbentuk sebaiknya tipis/sedikit sehingga suhu antara slag

dan logam cair tidak terlalu kasar dan tidak terjadi perbedaan Yng besar.

4. Alloying

Baja yang diproduksi hanya mempunyai komposisi tertentu, hal ini diatur dengan

penambahan paduan.

3.1.6. DIRECT ARC FURNACE



Gambar 3.8. Direct Arc Furnace

Pada dapur ini busur cahaya terjadi antara elektroda dengan cairan dan dari cairan ke

elektroda lainnya. Dalam pelaksanaannya dapur ini mempunyai 2 prinsip yaitu :

1. Elektroda berada di atas cairan.

Prinsip dapur yang menggunakan elektroda barada di atas cairan dilakukan oleh

dapur Heroult dimana busur cahaya terjadi antara elektroda yang satu ke cairan

dan dari mcairan akan terjadi busur cahaya lagi dengan elektroda yang lainnya.

2. Elektroda berada di bawah dan di atas cairan.

Prinsip dapur yang mempergunakan elektroda di atas dan di bawah cairan

dilakukan olek dapur Girod, dimana busur cahaya terjadi diantara elektroda yang di

atas ke cairan dan dari cairan akan terjadi busur cahaya lagi dengan elektroda

yang dibawah.

Pada dapur listrik busur cahaya langsung, ruanga dapur dilapisi dengan batu

tahan api jenis basa atau asam.

Dapur berlapis batu tahan api asam, beralaskan serbuk genister dan berdinding

bata silica, digunakan untuk membuat baja karbon rendah dan baja paduan rendah.

Bahan bakunya, besi bekas, harus mempunyai kadar fosfor dan belerang n yang

rendah.

Dapur berlapis batu tahan api basa, beralaskan magnesit, berdinding magnesia

dan batu alumina, digunakan untuk membuat berbagai jenis baja atau baja paduan.

Dapur basa, yang banyak digunakan dapat mengontrol kadar fosfor dengan baik,

disamping itu mengurangi belerang, dan pengendalian suhu serta komposisi sangat

baik. Secara berkala komposisi logam cair ditentukan dan bila perlu ditambahkan

unsur paduan tertentu sehingga sewaktu logam cair dituangkan, komposisi baja akan

memenuhi persyaratan.



Proses kerja dapur elektroda :Pada dasarnya dapur ini elektroda bekerja sebagai pembangkit api dan cairan

sebagai tahanan. Untuk mengadakan reduksi digunakan arang kayu dan reduksi yang

terjadi adalah reduksi langsung. Reduksi dilakukan oleh gas yang terdiri dari 70% CO

dan 30% CO2 dan didalam tungku gas akan CO2 terurai oleh C dari elektroda.

Kebutuhan gas panas dalam dapur ini tidak terlalu banyak karena api dihasilkan

oleh elektroda dan reduksi tidak langsung CO tidak banyak terjadi, sehingga tempat

yang panas di dalam dapur terbatas di sekitar tungku (hard).

Gas CO yang dihasilkan akan naik ke atas dan mengadakan reduksi pada

bahan-bahan mentah seperti baja/besi cair atau dingin, baja rongsokan dsb.

Pada dapur ini untuk memproses 1 ton bahan-bahan mentah diperlukan 350 Kg

arang kayu dan 5-9 Kg elektroda arang. Kapasitas dapur ini 20 – 70 ton dengan daya

2300 kw

3.1.7. INDIRECT ARC FURNACE

Gambar 3. 9. Indirect arc furnace

Pada dapur listrik busur cahaya tak langsung, busur dipancarka dari dua

elektroda yang terdapat di atas logam. Logam menjadi panas akibat radiasi. Jenis ini

sudah jarang depergunakan karena kurang ekonomis.

Jenis dapur ini ada 2 macam yaitu :

1. Dapur Stessano yang mempergunakan 2 atau 3 elektroda yang disusun mendatar.

2. Dapur Renefelt yang mempergunakan 3 buah elektroda, dimana 2 buah elektroda

disusun mendatar dan sebuah elektroda disusun tegak lurus dan dapur ini

mempergunakan arus yang berputar.

Kedua jenis dapur ini tidak dipergunakan untuk pembuatan baja disebabkan karena :201

3 15 Nama Mata Kuliah dari ModulPusat Bahan Ajar dan eLearning

Popy Yuliarty,ST,MT http://www.mercubuana.ac.id

1. Temperatura yang dihasillkan tidak merata dalam muatan, dimana yang di bawah

busur cahaya lebih tinggi temperaturenya dari pada tempat yang lainnya.

2. Kesukaran karena elektrodanya panas, bahaya melengkung karena berat elektroda

dan lapisan dapur.

Dapur ini hanya digunakan untuk mengerjakan logam non ferro dan besi tuang.

Daftar Pustaka A.Schey.John, Proses Manufaktur : Introduction to Manufacturing Process 3rd edition,

2009, Mc.Graw-Hill.Co.

Al-Rasyid.Soepardi.Haroen, Pengetahuan Dasar Pengecoran Logam Besi, 2005,

Bandung.

Surdia.Tata, Teknik Pengecoran Logam, 2002,Pradnya Paramita,Jakarta

Surjana.Hardi,Teknik Pengecoran Logam,2008,Depdiknas



92049 3-213977968051

Internet