PEMURNIAN BESI MENJADI BAJA

Tugas mata kuliah metalurgi

Disusun oleh :

Juliana

10070109066

JURUSAN TEKNIK PERTAMBANGAN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS ISLAM BANDUNG

1432 H / 2011 M

PEMURNIAN BESI MENJADI BAJA

Perbedaan besi dan baja terletak pada kandungan paduan karbon (C)

yang akan menentukan sifat-sifat lain dari besi dan baja tersebut. Paduan baja

yang mengandung lebih banyak karbon dari nilai komersialnya dapat dinamakan

besi. Kandungan karbon pada beberapa jenis baja mencapai 0,04 persen sampai

2,0 persen. Besi tuang, besi tuang maleable, pig iron mengandung jumlah karbon

sekiar 2-4 persen. Tetapi ada juga besi yang tidak mengandung karbon yaitu

white-heart malleable iron.

Pembuatan bahan baku besi dan baja dapat dilakukan dalam blast

furnace ang menghasilkan pig iron. Pembuatan langsung juga dapat dilakukan

dengan alat revolving kiln yang menghasilkan  spong iron.

Paduan baja dan besi dapat dikelompokan dalam ferroalloys. Paduan ini

dapat menghasilkan jenis-jenis baja. Jumlah paduan yang diunakan dalam

pembuatan besi dan baja bervariasi hingga mengandung 20 sampai 80 persen

dari elemen paduan. Paduan ini seperti Mangan, Silkon , dan Cromium.

 Teknik peleburan logam telah ada sejak zaman Mesir kuno pada tahun

3000 SM. Bahkan pembuatan perhiasan dari besi telah ada pada zaman

sebelumnya. Proses pengerasan pada besi dengan heat treatment mulai

diperkenalkan untuk pembuatan senjata pada zaman Yunani 1000 SM.

Proses pemaduan yang dibuat mulai ada sejak abad 14 yang

diklasifikasikan sebagai besi tempa. Proses ini dilakkan dengan pemanasan

sejumlah besar bijih besi dan charchoal dalam tungku atau furnance. Dengan

proses ini bijih besi mengalami reduksi menjadi besi sponge metalik yang terisi

oleh slag yang merupakan campuran dari pengotor metalik dan abu charcoal.

Spone iron ini dipindahkan dari furnance pada saat masih bercahaya dan

diselimuti oleh slag yang tebal lalu slagnya dihilangkan untuk memperkuat besi.

Pembuatan besi meggunakan metode ini menghasilkan kandingan slag sekiar 3

persen dan 0,1 persen pengotor lain. Kadang kala hasil produksi dengan metode

ini menghasilkan baja bukannya besi tempa. Para pembuat besi belajar untuk

membuat baja dengan memanaskan besi tempa dan charcoal pada boks yang

terbuat dar tanah liat selama beberapa hari. Dengan proses ini besi akan

menyerap cukup karbon untuk menjadi baja sebenarnya.

            Setelah abad ke 14 tungku atau furnance yang digunakan mulai

mengalami peningkatan ukuran dan  draft yang digunakan untuk pembakaran

gas melewati “charge,” pada pencampuran material mentah. Pada tungku yang

lebih besar ini, bijih besi pada bagian bagian atas furnance akan direduksi

pertama kali direduksi menjadi besi metalik dan menghasilkan banyak karbon

sebagai hasil dari serangan gas yang dilewatinya. Hasil dari furnance ini adalah

pig iron, yaitu paduan yang meleleh pada temperatur rendah. Pig iron akan

dproses lebih lanjut untuk membuat baja.

            Pembuatan baja modern menggunakan blast furnance yang juga

digunakan untuk memurniakan besi oleh pembuat besi yang lamapu. Proses

pemurnian besi cair dengan peledakan udara diakui oleh penemu Inggris Sir

Henry Bessemer yang mengembangkan  Bessemer furnance, atau

pengkonversi, pada tahun 1855. Sejak tahun 1960 telah diproduksi baja dari besi

bekas secara kecil-kecilan pada furnance elektrik, sehingga dinamakan mini

mills. Mini mills adalah komponen yang sangat sangat penting bagi produksi baja

Amerika. Mills yang lebih besar digunakan pada produksi baja dari bijih besi.

 

A. Pig Iron Sebagai Bahan Bauku Baja

Bahan baku dasar dari produksi pig iron adalah bijih besi, coke, dan lim

stone. Coke dibakar sebagai bahan bakar pada furnance. Ketika coke terbakar,

coke memberikan  karbon monoksida, yang digukombinasikan dengan iron

oksida pada bijih besi, sehingga mereduksi menjadi besi metalik.

Reaksi dasar dalam blsat furnance yaitu Fe2O3 + 3CO = 3CO2 + 2Fe.

Limestone pada furnace berfungsi sebagai sumber carbon monoksida tambahan

yang digunakan sebagai fluks yang dkombinasikan dengan silika infusible yang

ada pada bijih besi untuk membentuk fusible calsium silikat. Tanpa limstone, iron

silikat tidak mungkin terbentuk, sehingga metalik iron juga tidak terbentuk.

Kalsium silikat ditambah pengotor lain membentuk slag yang akan mengambang

pada lelehan metal pada bian belakang tungku. Pig iron biasa yang diproduksi

blast furnance mengandung 92 persen besi, 3-4 persen karbon, 0,5-3,0 persen

silikon, 0,25-2,5 persen mangan, 0,04-2,0 persen fospor, dan sulfur.

Blast furnance (tanur tinggi) beroprasi secara kontinu. Material yang akan

dimasukan dibagi mejadi bagian-bagian kecil pengisian yang dimasukan ke

furnance dengan waktu 10-15 setiap pemasukan. Slag dibuang dari permukaan

setiap dua jam dan besi yang dihasilkan dituang sebanyak lima kali sehari.

 

B. Metode Blast Furnance

            Blast furnance yang umum terdiri dari baja silinder yang dilapisi dengn

batu tahan api (refraktori), yang tidak mengandung logam seperti batu bata tahan

api. Lapisan diperuncing pada bagian atas dan bagian bawah. Bagian terlebar

dari furnance adalah ¼ bagian dari bawah. Porsi yang lebih rendah, disebut bosh

yang dilengkapi dengan beberapa pipa pembuka atau tuyeres yang dilewati

tiupan aliran ledakan udara. Dekat dasar dari bosh terdapat lubang tempat

mengalirnya lelehan logam pig iron ketika furnance dituang (tapped). Dan diatas

lubang ini tetapi dibawah tuyeres terdapat lubang lain untuk mengeluaarkan slag.

Puncak furnance yang memiliki tnggi sekiar 27 m, mengandung pipa udara untuk

pembuangan gas dan sepasang hoppers berbentuk katup dengan pengungkit

untuk tempat pengisian material yang akan dicor.

Udara yang akan digunakan dalam blast furnance dipreheat hinga

mencapai temperatur 540° dan 870° C. Pemanasan dilakukan menggunakan

kompor dengan silinder yang menggunakan bata tahan  api yang disusun. Bata

pada kompor dipanaskan selama beberapa jam dengan membakar gas blast

furnance, gas buangan dari bagian atas tungku. Kemudian api dimatikan dan

udara ditiupkan melalui kompor ke blast furnance. Total berat gas yang

digunakan adalah lebih banyak sedikit dari jumlah berat material dari material

mentah yang dipakai.

            Perkembangan yang penting dalam teknologi tanur tinggi (blast furnance)

diperkenalkan setelah perang dunia kedua dengan mengecilkan aliran gas dari

fentilasi furnance. Tekanan didalam furnance sebesaar 1,7 atm atau lebih. Teknik

pengepresan dapat membuat pembakaran lebih baik dari coke dan

menghasilkan hasil pig iron yang besar pula. Output yang dihasilkan dengan

metode pengepresan 25 prersen lebih banyak daripada metode biasa. Hasil

yang lebih juga telah dicoba dengan menambahkan oksigen pada udara blast

furnance.

            Proses penuangan logam cair melalui saluran dekat bosh bagian bawah

dan logam cair akan melewati saluran runner tanah liat, lalu ke saluran bata yang

lebih besar sebagai penampug yang berupa ladle atau kereta mobil yang dapat

menampung sebanyak 100 ton metal. Slag yang mungkin mengalir dari furnance

bersama logam di ambil dengan gayung sebelum masuk ke penampung.

Penampung dari lelehan  peig iron kemudian diantar ke toko pembuat baja.

Gambar 1Blast Furnance

            Pada zaman sekarang, blast furnance dioprasikan dengan dihubungkan

ke tungku basic oksigen, dan kadang-kadang pembuatan besi menjadi satu

bagian dari rencana poduksi baja. Dalam rencana itu lelehan pig iron digunakan

untuk mengisi tungku  pembuatan baja. Lelehan metal dari beberapa blast

furnance dapat dicampur dalam satu ladle yang besar sebelum diolah kembali

menjadi baja untuk meminimalisasi ketidakhomogenan komposisi dalam

peleburan masing-masing.

C. Metode Direct Gas Reduction

Di dalam proses reduksi langsung ini, bijih besi direaksikan dengan gas

alam sehingga terbentuklah butiran besi yang dinamakan besi spons. Besi spons

kemudian diolah lebih lanjut di dalam sebuah tungku yang bernama dapur listrik

(Electric Arc Furnace). Di sini besi spons akan dicampur dengan besi tua (scrap),

dan paduan fero untuk diubah menjadi batangan baja, biasa disebut billet.

Proses reduksi langsung ini salah satunya dipakai oleh P.T. Karakatau

Steel. Fungsi dari gas alam itu sendiri sebenarnya adakalah sebagai gas

reduktor, dimana gas alam mengandung CO dan H2, yang dapat bereaksi

dengan bijih menghasilkan besi murni (Fe).

Keuntungan dari proses reduksi langsung ketimbang blast furnace adalah :

1. Besi spons memiliki kandungan besi lebih tinggi ketimbang pig iron, hasil

blast furnace.

2. Zat reduktor menggunakan gas (CO atau H2) yang terkandung dalam gas

alam, sehingga tidak diperlukan kokas yang harganya cukup mahal.

D. Struktur Baja

Physical Properties dari berbagai jenis Baja dan paduannya pada

temperature tertentu tergantung dari kadar karbon dan bagaimana proses

distribusinya. Sebelum dikeraskan dengan proses heat treatment, baja umumnya

memiliki struktur: ferrite, pearlite, dan cementite. Ferrite merupakan Besi dengan

kandungan kecil karbon dan elemen lain yang larut, sifatnya soft dan ulet.

Cementite, paduan Besi dengan 7% Carbon, umumnya rapuh dan keras. Pearlite

merupakan campuran ferrite dan cementite dengan komposisi yang spesifik dan

struktur yang berkarakter. Physical characteristics intermediate antara dua

konstituen tersebut.

Ketangguhan dan kekerasan baja tidak terlalu tergantung oleh heat

treatment, tetapi tergantung sama tiga komposisi utama tersebut. Jika

kandungan Carbon meningkat, maka jumlah ferrite berkurang dan jumlah pearlite

meningkat sampi Baja mengandung 0.8% Carbon, keseluruhannya merupakan

komposisi pearlite. Baja dengan Carbon lebih merupakan campuran pearlite dan

cementite. Meningkatkan temperature perubahan ferrite dan pearlite menjadi

bentuk allotropic dari paduan iron-carbon (austenite), yang memiliki property

kelarutan semua Carbon bebas dalam logam. Jika baja didinginkan secara

lambat, austenite menjadi ferrite dan pearlite, tapi jika pendinginan cepat

austenite “membeku” atau berubah menjadi martensite, yang sangat keras.

E. Klasifikasi Baja

Baja dikelompokan menjadi lima kelompok besar, yaitu:

1.   Baja Karbon

            Lebih dari 90 persen dari semua baja yanng diproduksi adalah baja

karbon. Mengandung jumlah karbon bervariasi dengan jumlah mangan tidak

lebih dari 1,65 persen, silikon 0,6 persen, dan Cu sebanyak 0,6 persen.

Digunakan pada mesin, body automobil, baja strutural untuk bangunan, ship

hulls, kasur per, bobby pins.

2.   Baja Paduan

Baja ini memiliki komposisi yang spesifik yang mengandung beberapa

persen vanandium, Mo, dan elemen paduan lain. Memiliki kandungan mangan,

Si, dan Cu lebih besar daripada bja karbon biasa. Digunakan pada gigi dan axel

mobil, roller skates, dan carving knives.

3.   High-Strength Low alloy Steel (HSLA)

        Merupakan baja jenis terbaru diantara lima keluarga baja. Biaya produksi

lebih rendah karena hanya sedikit mengandung paduan yang mahal. HSLA lebih

ringan daripada baja biasa.

4.   Stainless Steel

           Stainless steel adalah baja tahan karat yang mengandung Cr, Ni, dan

elemen lain yang membuat baja tersebut tahan karat pada kelembaban asam

dan gas tertentu. Beberapa jenis Stainless steel sangat keras. Karena

permukaannya yang mengkilap, arsitek sering menggunakannya untuk tujuan

dekorasi. Untuk membuat pipa, alat-alat oprasi, dan yang lainnya.

5.   Tool Steel

Dibuat menjadi beberapa jenis tools atau cutting dan shaping machinery

untuk operasi manufaktur yang bervariasi. Toolsteel mengandung W, Mo dan

elemen paduan lainnya yang membuat jadi lebih kuat, keras dan tahan aus.

DAFTAR PUSTAKA

http://gendis.blog.dada.net/post/1207005289/BESI-vs-BAJA

http://mesinmusamus.webnode.com/course-materials/proses-manufaktur-i/

productscbm_808562/1/