Baja adalah logam paduan, logam besi sebagai unsur dasar dengan karbon sebagai unsur paduan utamanya. Kandungan unsur karbon dalam baja berkisar antara 0.2% hingga 2.1% berat sesuai grade-nya. Fungsi karbon dalam baja adalah sebagai unsur pengeras dengan mencegah dislokasi bergeser pada kisi kristal (crystal lattice) atom besi. Unsur paduan lain yang biasa ditambahkan selain karbon adalah (titanium), krom (chromium), nikel, vanadium, cobalt dan tungsten (wolfram). Penambahan kandungan karbon pada baja dapat meningkatkan kekerasan (hardness) dan kekuatan tariknya (tensile strength), namun di sisi lain membuatnya menjadi getas (brittle) serta menurunkan keuletannya (ductility). Baja tahan karat atau lebih dikenal dengan  Stainless Steel adalah senyawa besi yang mengandung setidaknya 10,5% Kromium untuk mencegah proses korosi (pengkaratan logam). Kemampuan tahan karat diperoleh dari terbentuknya lapisan film oksidakromium, dimana lapisan oksida ini menghalangi proses oksidasi besi (Ferum). Stainless Steel sering digunakan dalam perlengkapan Stainless Steel untuk industri makanan

   Latar Belakang

Semakin berkembangnya peradaban manusia, semakin beragam pula kebutuhanmanusia. Ini dapat dilihat dari aspek teknik sipil. Pada jaman dahulu orang membuat jalanhanya dengan menyusun batu-batuan atau kerikil-kerikil, tapi kini semuanya telah berubah,manusia berusaha membuat jalan sebagai sarana transportasi dengan kualitas yang baik menggunakan teknologi rekayasa guna memenuhi kebutuhannya. Pembangunan dalam setiap bidang yang berhubungan dalam teknik sipil dimulai dari bangunan gedung, jembatan, jalan dan bangunan lainnya tidak akan terpisahkan dari bahan yang berasal dari dalam perut bumi. Mulai dari batuan, batu bara, minyak bumi sampai berbagai macam mineral yang langsung digunakan maupun yang diolah terlebih dahulu. Untuk itu dalam kesempatan ini, akan dibahas tentang baja. Masalah ini diangkat karena ingin mengetahui jenis-jenis baja, proses pembuatan baja serta syarat apa saja yang harus dipenuhi oleh baja sebagai bahan pembuatan baja .Bertitik tolak dari latar belakang masalah diatas, timbulah suatu permasalahan dalam diri kami dan menjadi suatu dorongan bagi kami untuk melaksanakan suatu analisa tentang jenis-jenis baja, proses pembuatan baja serta syarat apa saja yang harus dipenuhi oleh baja

1.2     Tujuan

   Untuk mengetahui pengertian baja, sejarah baja, memahami proses pembuatan baja dan jenis baja.

1.3       Batasan masalah

   Makalah ini membahas tentang jenis baja khususnya Stainless Steel dan proses pembuatan Stainless Steel

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1              Sejarah dan Pengertian Baja

            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 lampau. 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.

Berikut ini adalah awal mula ditemukannya Baja :

1.      Besi ditemukan digunakan pertama kali pada sekitar 1500 SM

2.      Tahun 1100 SM, Bangsa hittites yang merahasiakan pembuatan tersebut selama 400 tahun dikuasai oleh bangsa asia barat, pada tahun tersebbut proses peleburan besi mulai diketahui secara luas.

3.      Tahun 1000 SM, bangsa yunani, mesir, jews, roma, carhaginians dan asiria juga mempelajari peleburan dan menggunakan besi dalam kehidupannya.

4.      Tahun 800 SM, India berhasil membuat besi setelah di invansi oleh bangsa arya.

5.      Tahun 700 – 600 SM, Cina belajar membuat besi.

6.      Tahun 400 – 500 SM, baja sudah ditemukan penggunaannya di eropa.

7.      Tahun 250 SM bangsa India menemukan cara membuat baja

8.      Tahun 1000 M, baja dengan campuran unsur lain ditemukan pertama kali pada 1000 M pada kekaisaran fatim yang disebut dengan baja damascus.

9.      1300 M, rahasia pembuatan baja damaskus hilang.

10.  1700 M, baja kembali diteliti penggunaan dan pembuatannya di eropa.

2.2    Sifat Baja

 Beberapa sifat - sifat baja secara umum adalah :

Keteguhan (solidity)

Mempunyai ketahanan terhadap tarikan, tekanan atau lentur

Elastisitas (elasticity)

Kemampuan / kesanggupan untuk dalam batas –batas pembebanan tertentu, sesudahnya pembebanan ditiadakan kembali kepada bentuk semula.

Kekenyalan / keliatan (tenacity)

Kemampuan/kesanggupan untuk dapat menerima perubahan perubahan bentuk yang besar tanpa menderita kerugian-kerugian berupa cacat atau kerusakan yang terlihat dari luar dan dalam untuk jangka waktu pendek

Kemungkinan ditempa (maleability)

Sifat dalam keadaan merah pijar menjadi lembek dan plastis sehingga dapat dirubah bentuknya

Kemungkinan dilas (weklability)

Sifat dalam keadaan panas dapat digabungkan satu sama lain dengan memakai atau tidak memakai bahan tambahan, tampa merugikan sifat-sifat keteguhannya

Kekerasan (hardness)

Kekuatan melawan terhadap masuknya benda lain.

2.3 Klasifikasi Baja

Pengklasifikasian baja secara umum beserta penjelasannya menurut “Handbook of Comparative World Steel Standards” adalah sebagai berikut:

2.3.1 .Baja Karbon ( Carbon Steel )

Baja karbon adalah baja yang mengandung karbon sampai 1,7 %.Penggunaan baja karbon banyak dipakai dalam kehidupan sehari-hari untuk kepentingan yang umum.

Pembagian baja karbon adalah sebagai berikut:

a.       Low Carbon Steel ( < 0.2 % Carbon )

                        Baja low carbon biasanya digunakan untuk automobile body panels, tin plate dan wire product yang membutuhkan keuletan yang tinggi.

b.      Medium Carbon Steel ( 0.2 - 0.5 % Carbon )

Baja medium carbon biasanya digunakan dalam kondisi hasil quench dan tempered dan banyak digunakan sebagai shaft, axle, gear, crankshaft, coupling,dan forging.

c.       High Carbon Steel ( > 0.5 % Carbon )

Baja high carbon banyak digunakan pada spring material dan high-strength wire. Selain pembagian berdasarkan persen kadar karbon di atas, masih terdapat baja karbon dengan kadar mangan yang tinggi (High Manganese Carbon Steel), yaitu sekitar 1.1-1.4 % Mn. Baja jenis ini banyak digunakan dalam aplikasi rel kereta api.

2.3.2 Baja Paduan ( Alloy Steel )

Baja paduan adalah campuran antara baja karbon dengan unsur-unsur lain yang akan mempengaruhi sifat-sifat baja, misalnya sifat kekerasan, liat, kecepatan membeku, titik cair, dan sebagainya yang bertujuan memperbaiki kualitas dan kemampuannya. Penambahan unsur-unsur lain dalam baja karbon dapat dilakukan dengan satu atau lebih unsur, tergantung dari karakteristik atau sifat khusus yang dikehendaki.

a.       Low Alloy Steel ( < 8 % Alloying Element)

Salah satu contoh baja jenis ini yang terkenal adalah HSLA (High Strength lowAlloy) yang menggunakan paduan Nb, V, Ti, dan Al.

b.      High Alloy Steel ( > 8 % Alloying Element)

Penggunaan baja paduan tinggi biasanya bertujuan untuk meningkatkan sifat-sifat baja, yaitu:

1.      Corrosion Resistant (Austenitic dan Duplex)

2.      Heat Resistant (Austenitic)

3.      Wear Resistant (Manganese Steel)

2.3.3 Baja Tahan Karat ( Stainless Steel )

.Baja tahan karat adalah paduan besi dengan minimal 12% Chromium. Jadi tanpa tambahan apapun perpaduan Besi dengan 12% Chromium bisa disebut Stainless Steel. Komposisi ini membentuk thin protective layer Cr2O3. Proses pembuatan baja tahan karat terdapat 2 tahap, yaitu pertama menggunakan sistem Electric ArcFurnace (EAF)  untuk melelehkan scrap dan ferro alloy berkarbon tinggi sebagai bahan murah sumber krom, lalu lelehannya disempurnakan dengan proses yang menggunakan alat Argon Oxygen Decarburizer (AOD), dengan proses kedua ini akan menghilangkan kandungan Karbon dan pegotor lainnya

2.4. Penggolongan    Stainless Steel

Stainless Steel biasanya dibedakan menjadi lima golongan ,penggolongan ini dilakukan menurut kadar paduan di dalamnya yaitu :

1.      Stainless Steel martensitik

Mempunyai struktur Kristal body centered cubic (BCC) yang menyimpang pada kondisi yang telah di keraskan. Mempunyai sifat yang dapat di keraskan dan ketahanannya terhadap korosi hanya pada kondisi lingkungan yang sifat korositnya menengah. Baja Stainless Steel ini kandungan kromium yang di miliki berkisar antara 10,5% - 18%, dan kandungan karbon bisa mencapai 1,2%. Kandungan kromium dan karbon yang cukup tinggi menyebabkan bias terbentuknya struktur martensit setelah proses pemanasan.

2.      Steinless steel feritik

Paduan baja jenis ini juga mempunyai struktur Kristal BBC . Kandungan kromium pada paduan jenis ini berkisar antara 10,5 %- 30% . Paduan jenis ini biasanya mengandung : molybdenum, silicon, alumunium, silicon, titanium dan niobium untuk menghasilkan karakteristik tertentu. Stainless Steel jenis ini bersifat feeomagnetik, mempunyai sifat yang ulet dan mampu bentuk yang baik. Tetapi pada temperature yang tinggi kekuatan nya akan menurun dan lebih rendah dari Stainless Steel austenitic. Demikian pula dengan ketangguhan nya hanya baik pada temperature rendah.

3.      Stainless Steel Austenitik

Mempunyai kekuatan , ketangguhan, keuletan, sifat mampu bentuk yang baik.  Jenis Stainless Steel ini mempunyai struktur Kristal face centered cubic (FCC). Struktur Kristal ini terbentuk karena penambahan unsure paduan austenite seperti nikel, mangan, dan nitrogen. Stainless Steel jenis ini tidak besfat magnetic pada kondisi anil, dan hanya dapat dikersakan dengan pengerjaan dingin (cold worked )

Bandingan

4.      Stainless Steel duplex

Stainless Steel jenis ini mempunyai struktur campuran antara BBC ferit dan FCC austenite. Perbandingan komposisi antara keduanya dipengaruhi oleh komposisi logam dan proses perlakuan panas yang didapatkan . Tetapi pada kondisi anil, perbandingan antara kedua fase itu seimbang. Sifat tahan korosi Stainless Steel jenis ini mendekati Stainless Steel austenitic pada unsur paduan yang serupa , tetapi mempunyai tensile dan yield strength yang lebih tinggi.

5.      Precipitation –hardening Stainless Steel.

Jenis ini mempunyai unsur  unsur  penambahan kekerasan seperti tembaga, alumunium, atau titanium. Pada kondisi anil, struktur mikroStainless Steel jenis ini dapat berupa austenitic maupun martenistik

BAB III

PROSES PEMBUATAN

3.1  Proses Pembuatan Baja Tahan Karat (Stainless Steel )

Baja pada dasarnya adalah paduan besi-karbon dengan kadar karbon tidak lebih dari 2,0 %,  selain itu juga mengandung sejumlah unsur paduan dan unsur pengotoran. Baja dibuat dari besi kasar atau besi spons dengan mengurangi kadar karbon dan unsur lain yang kurang disukai. Ada beberapa macam cara pembuatan baja, antara lain :

1.Konvertor

2.Open hearth furnance

3.Dapur listrik

Gambar 1.  flowchart Proses Pembuatan Baja ~ Stainless Steell

Gambar 2. Diagram Proses Pembuatan Baja

Bahan baku pembuatan stainless steel diantaranya sebagai berikut:

         Besi kasar cair (pig iron) atau berupa Besi spons (sponge iron) (65-85%).

         Skrap baja (15-35%),

Bahan baku paduan dalam pembuatan stainless steel diantaranya sebaai berikut :

         Carbon (C)

            Unsur ini dapat membuat baja tetap kuat pada suhu tinggi.

         Chromium (Cr)

            Unsur ini dapat membuat baja menjadi lebih keras, tahan gesekan, tahan korosi, dan tahan temperature tinggi. Dengan sifat-sifat itu membuat baja paduan ini baik untuk bahan poros, dan roda gigi. Penambahan unsur chromium biasanya diikuti dengan penambahan nikel.

         Silikon (Si)

            Pada konsentrasi tinggi membuat baja tahan kondisi asam, pada konsentrasi rendah memperbaiki sifat megnetik dan sifat listrik baja.

         Nikel (Ni)

                        Unsur campuran yang digunakan sebagai bahan dasar untuk beberapa kelompok dari stainless steel. Nikel memberikan derajat kelenturan yang tinggi (mampu berubah bentuk tanpa pecah) dan tahan terhadap karat (korosi). Hampir 65% dari semua nikel digunakan pada pembuatan stainless steel.

         Molibedenum (Mo)

            Molibdenum akan memperbaiki baja menjadi tahan terhadap suhu yang tinggi, liat, ,kuat dan memperbaiki kekerasan baja,. Baja paduan ini biasa digunakan sebagai bahan untuk membuat alat-alat potong, misalnya pahat.

         Wolfram (W)

                        Unsur ini memberikan pengaruh yang sama seperti pada penambahan molibdenum dan biasanya juga dicampur dengan unsur nikel (Ni) dan chromium (Cr). Baja paduan ini memiliki sifat tahan terhadap suhu yang tinggi, karenanya banyak digunakan untuk bahan membuat pahat potong yang lebih dikenal dengan nama baja potong cepat (HSS /Hight Speed Steel).

         Vanadium (V)

                        Penambahan unsur ini akan memperbaiki struktur kristal baja menjadi halus, memperkuat baja dan meningkatkan ketahanan baja terhadap panas. Terlebih bila dicampur dengan chromium. Baja paduan ini digunakan untuk membuat roda gigi, batang penggerak, dan sebagainya.

         Kobalt (Co)

                        Kobalt (Co) dengan penambahan unsur ini akan memperbaiki sifat kekerasan baja meningkatkan kualitas baja, serta tetap keras pada suhu yang tinggi. Baja paduan ini banyak digunakan untuk konstruksi pesawat terbang atau konstruksi yang harus tahan panas dan tahan aus.

3.1.1    Proses Menggunakan Konvertor

   Konvertor terbuat dari baja dengan mulut terbuka (untuk memasukkan bahan baku dan mengeluarkan cairan logam) serta dilapisi batu tahan api. Konvertor diikatkan pada suatu tap yang dapat berputar sehingga konvertor dapat digerakkan pada posisi horizontal untuk memasukkan dan mengeluarkan bahan yang diproses dan pada posisi vertical untuk pengembusan selama proses berlangsung. Konvertor ini dilengkapi dengan pipa yang

berlubang kecil (diameternya sekitar 15 – 17 mm) dalam jumlah yang banyak (sekitar 120- 150 buah pipa) yang terletak pada bagian bawah konvertor.

     Sewaktu proses berlangsung udara diembuskan ke dalam konvertor melalui pipa saluran dengan tekanan sekitar 1,4 kg/cm3 dan langsung diembuskan ke cairan untuk mengoksidasikan unsur yang tidak murni dan karbon. Kandongan karbon terakhir dioksidasi dengan penambahan besi kasar yang kaya akan mangan, seterusnya baja cair dituangkan ked ala panci – panci dan dipadatkan menjadi batang – batang cetakan. Kapasitas konvertor sekitar 25 – 60 ton dan setiap proses memerlukan waktu 25 menit. Proses pembuatan baja yang menggunakan konvertor adalah sebagai berikut :

1.      Proses Bessemer

       Proses Bessemer adalah suatu proses pembuatan baja yang dilakukan di dalam konvertor yang mempunyai lapisan batu tahan api dari kuarsa asam atau oksida asam (SiO2), sehingga proses ini disebut "Proses Asam". Besi kasar yang diolah dalam konvertor ini adalah besi kasar kelabu yang kaya akan unsur silikon dan rendah fosfor (kandungan fosfor maksimal adalah 0,1%). Besi kasar yang mengandung fosfor rendah diambil karena unsur fosfor tidak dapat direduksi dari dalam besikasar apabila tidak diikat dengan batu kapur. Di samping itu. fosfor dapat bereaksi dengan lapisan dapur yang terbuat dari kuarsa asam, reaksi ini membahayakan atau menghabiskan lapisan konvertor. Oleh karena itu, sangat menguntungkan apabila besi kasar yang diolah dalam proses ini adalah besi kasar kelabu yang mengandung silikon sekitar 1,5% - 2%.

       Dalam proses ini bahan baku dimasukkan dan dikeluarkan sewaktu konvertor dalam posisi horizontal (kemiringannya sekitar 30°). Sementara itu, udara diembuskan dalam posisi vertikal atau disebut juga kedudukan proses. Dalam konvertor, yang pertama terjadi adalah proses oksidasi unsur silikon yang menghasilkan oksida silikon. Kemudian diikuti oleh proses oksidasi unsur fosfor dan mangan yang menghasilkan oksida fosfor dan oksida mangan, ditandai dengan adanya bunga api yang berwarna kehijau-hijauan.

            Baja dapat dihasilkan dengan mengembuskan udara melalui besi kasar cair di dalam dapur yang disebut “konvertor”, sehingga unsur – unsur yang tidak murni akan dikeluarkan dengan jalan oksidasi. Pada waktu itu cara pembuatan jalan kereta api dan pembuatan peralatan hampir sama pentingnya. Karena sejak udara dimasukkan atau diembuskan, kotoran – kotoran di dalam baja akan berkurang.

            Proses Bessemer mengolah baja dengan menggunakan besi kasar berkualitas baik yang mengandung fosfor rendah. Bila fosfornya tinggi baja yang dihasilkan berkualitas rendah, sebab dalam proses pengolahan tidak seluruh fosfor dapat dikeluarkan. Masalah pengeluaran unsur fosfor telah dapat dipecahkan pada proses dapur Thomas, dengan menggunakan batu kapur pada lapisan dasar dapur. Sehingga sampai saat ini proses Thomas digunakan untuk memproses besi kasar dapat kaya dengan fosfor.

            Proses oksidasi yang terakhir adalah mengoksidasi karbon. Proses ini berlangsung disertai dengan suara gemuruh dan nyala api berwarna putih dengan panjang sekitar 2 meter, kemudian nyala api mengecil. Sebelum nyala api padam, ditambahkan besi kasar yang banyak mengandung mangan, kemudian baja cair dituangkan ke dalam panci-panci tuangan dan dipadatkan dalam bentuk batang-batang baja.

2.      Proses Thomas

            Proses Thomas adalah suatu proses pembuatan baja yang dilakukan di dalam konvertor yang bagian dalamnya dilapisi dengan batu tahan api dari bahan karbonat kalsium dan magnesium karbonat (CaCO3 + MgCO3 ) yang disebut "dolomit". Proses ini disebut juga proses basa karena lapisan konvertor terbuat dari dolomit dan hanya mengolah besi kasar putih yang kaya dengan fosfor (sekitar 1,7 - 2%) dan rnengandung unsur silikon rendah (sekitar 0,6 - 0,8%). Proses ini makin baik hasilnya apabila besi kasar yang diolah mengandung unsur silikon yang sangat rendah.

            Dalam proses ini udara diembuskan ke cairan besi kasar di dalam konvertor melalui pipa saluran udara, sehingga terjadi proses oksidasi di dalam cairan terhadap unsur-unsur campuran. Pertama kali unsur yang dioksidasi adalah silikon (Si), kemudian mangan (Mn), dan fosfor (P). Oksidasi unsur fosfor terjadi cepat sekali, sekitar 3 - 5 menit dan proses oksidasi yang terakhir adalah unsur karbon disertai suara gemuruh dan nyala api yang tinggi. Apabila nyala api sudah mengecil dan kemudian padam berarti proses oksidasi telah selesai.

            Proses oksidasi yang terjadi pada unsur-unsur di dalam besi kasar menghasilkan oksida yang akan dijadikan terak dengan jalan menambahkan batu kapur ke dalam konvertor. Selanjutnya terak cair dikeluarkan dari dalam konvertor, diikuti dengan penuangan baja cair ke dalam panci-panci tuangan kemudian dipadatkan menjadi batangan baja.

3.         Proses Siemens Martin

            Proses tungku terbuka disebut juga proses Siemens Martin, yang disesuaikan dengan nama ahli penemu proses tersebut. Proses ini digunakan untuk menahasilkan baja yang mengandung karbon sedang dan rendah dengan cara proses asam atau basa, sesuai dengan sifat lapisan dapurnya. Proses ini berlangsung di dalam dapur tungku terbuka atau dapur Siemens Martin yang mempunyai kapasitas 150 - 300 ton, bahan bakarnya gas yang dihasilkan dengan pembakaran kokas di atas tungku atau bahan bakar minnyak. Dapur ini menggunakan prinsip regenerator (hubungan balik) dan tungku pemanas dapat mencapai temperatur sekitar 900 -1.200 0C, tungku pemanas ini bisa mencapai temperatur tinggi apabila diperlukan, dan pada waktu yang sama menghemat bahan bakar. Dalam proses ini dapur diisi dengan besi kasar dan baja bekas, kemudian dicairkan sehingga beberapa unsur campuran terbentuk menjadi terak di atas permukaan cairan besi, tambahkan bijih besi atau serbuk besi yang berguna untuk mereduksi karbon, maka lubang pengeluaran dapur dibuka dan cairan dituangkan ke dalam panci-panci tuangan. Baja cair meninggalkan dapur sebelum terak cair dan beberapa terak dapat dicegah meninggalkan dapur sampai seluruh baja cair dikeluarkan, kemungkinan terak ikut tertuang ke dalam panci yang akan mengapung di atas baja cair sehingga perlu dikeluarkan dan dituangkan ke dalarn panci yang berukuran kecil. Baja cair yang telah penuh di dalam panci dituangkan ke dalam cetakan melalui bagian bawah cetakan, sehingga terak tetap di dalam panci dan terakhir dikeluarkan. Selain itu, dapat pula dipisahkan dengan cara menuangnya ke dalam cetakan yang lebih kecil. Setiap melakukan proses pemurnian besi kasar dan bahan tambahan lainnya berlangsung selama 12 jam, kemudian diambil sejumlah baja cair sebagai contoh untuk dianalisis komposisinya. Sementara itu, terak yang dihasilkan dari proses basa digunakan sebagai pupuk buatan.

3.2 Proses Open Hearth Furnace ( Proses terbuka)

Tanur berupa piringan datar yang besar. Pada dasar kolom telah ditempatkan oksida basa seperti CaO atau MgO yang nantinya akan berguna sebagai zat pengikat. Ke dalam tanur tinggi dimasukan besi tuang, besi bekas dan batu kapur. Campuran gas pembakar dan udara panas dilewatkan di atas piringan yang berisi besi cair ini. Sementara diaduk maka akan berlangsung reaksi antara oksida-oksida pengotor dengan CaO dan MgO menjadi kerak. Kelebihan proses ini adalah kualitas baja yang dihasilkan mudah dikontrol kualitasnya secara terus menerus selama proses ini berlangsung lama (8-10 jam ) sedangkan Proses Bassemer berlangsung cepat (15 menit).

Gambar Open Hearth Steel Furnace

3.3 Proses Dapur Listrik

       Baja yang berkualitas tinggi dihasilkan apabila, dilakukanpengontrolan temperatur peleburan.dan memperkecil unsur-unsur campuran di dalam baja yang dilakukan selama proses pemurnian. Proses pengolahan seperti ini, dilakukan dengan menggunakan dapur listrik. Pada awal pemurnian baja menggunakan dapur tungku terbuka atau konvertor, selanjutnya dilakukan di dalam dapur listrik sehingga diperoleh baja yang berkualitas tinggi. Dapur listrik terdiri dari dua jenis, yaitu dapur listrik busur nyala dan dapur induksi frekuensi tinggi.

1.    Dapur listrik busur nyala

Dapur ini mempunyai kapasitas 25 - 100 ton dan dilengkapi dengan tiga buah elektroda karbon yang dipasang pada bagian atas atau atap dapur, disetel secara otomatis untuk menghasilkan busur nyala yang secara langsung memanaskan dan mencairkan logam. Dapur ini dapat mengolah logam dengan proses asam atau basa sesuai dengan lapisan batu tahan apinya dan bahan yang dimasukkan ke dalam dapur (besi kasar), termasuk logam bekas (baja atau besi) yang terlebih dahulu diketahui komposisinya. Apabila dilakukan.proses basa maka terjadi oksidasi terak dari batu kapur atau bubuk kapur untuk mereduksi unsur-unsur-campuran. Selanjutnya diperoleh pemisahan terak (mengandung batu kapur) dari baja cair. Juga dapat ditambahkan dengan logam campur sebelum cairan dikeluarkan dari dalam dapur untuk mencegah oksidasi.

2.    Dapur induksi frekuensi tinggi

Dapur ini terdiri dari kumparan yang dililiti kawat mengelilingi cawan batu tahan api, ketika tenaga yang dialirkan dari listrik, akan menahasilkan arus listrik yang bersirkulasi di dalam logam yang menyebabkan terjadinya pencairan. Apabila bahan logam telah cair - maka arus listrik membuat gerak mengaduk (berputar). Kapasitas dari dapur jenis ini adalah 350 kg - 6 ton pada umumnya dapur ini digunakan untuk memproduksi baja paduan yang khusus.

BAB IVKELEBIHAN DAN KELEMAHAN STAINLESS STEEL

4.1   Kelebihan  Stainless Steel

4.1.1     Daya tahan korosi

             Semua baja stainless mempunyai daya tahan yang tinggi terhadap korosi. Angka-angka logam campuran yang rendah menahan korosi pada kondisi-kondisi ruang hampa, angka-angka campuran logam yang tinggi dapat menahan korosi pada kebanyakan asam, larutan alkalin, dan lingkungan-lingkungan yang menghasilkan klorida , bahkan pada suhu dan tekanan yang dinaikkan.

4.1.2  Daya tahan suhu rendah dan tinggi

          Beberapa angka akan menahan penskalaan dan pengaturan daya yang tinggi pada suhu-suhu yang sangat tinggi, sementara yang lain menunjukkan pengecualian kekerasan pada suhu-suhu cryogenic.

4.1.3  Kesenangan pembuatan (ease of fabrication)

          Mayoritas baja-baja stainless dapat dipotong, dilas, dibentuk, dimesinkan, dan dibuat dengan mudah.

4.1.4  Daya             

        Sifat-sifat kekerasan yang dibentuk profil logam dengan temperature indin dari kebanyakan baja-baja stainless dapat digunakan dalam merancang mengurangi ketebalan bahan dan mengurangi berat dan beaya. Baja-baja stainless mungkin diperlakukan panas untuk membuat komponen-komponen daya yang sangat tinggi.

4.1.5  Pertimbangan estetika

        Baja-baja stainless tersedia pada kebanyakan lapisan-lapisan penutup permukaan. Baja stainless ini diatur dengan mudah dan sederhana menghasilkan kualitas yang tinggi, penampilannnya menyenangkan.

4.1.6  Sifat-sifat higienis

        Kemampuan membersihkan dari baja-baja stainless menjadikan pilihan-pilihan utama di rumah sakit- rumah sakit, dapur- dapur, fasilitas proses farmasi dan makanan.

4.1.7    Karakteristik dalam kehidupan

        Baja stainless adalah sebuah bahan yang pemeliharaannya rendah dan tahan lama dan sering merupakan pilihan paling sedikit mahal dalam perbandingan biaya jalan kehidupan.

4.2      Kelemahan Menggunakan   Stainless Steel         

            Setiap bahan memiliki kelemahan dan Stainless Steel tidak terkecuali. Beberapa kelemahan utama termasuk nya:

Tinggi biaya awal, terutama ketika logam alternatif yang dipertimbangkan.

Kesulitan dalam pengelasan karena disipasi yang cepat panas yang juga dapat menghasilkan potongan hancur atau biaya pemborosan tinggi

BAB V

APLIKASI STAINLESS STEEL

5.1 Aplikasi Baja Stainless Steell

Aplikasi baja Stainless Steel di bagi menjadi 3 yaitu :

5.1.1    Perlengkapan Stainless Steel untuk industri makanan

a.      Food service trolley ( trolley makanan )

b.     Load transfer trolley ( trolley barang )

c.      Luggage trolley ( trolley barang )

d.    Mixer ( pengaduk )

e.      Bowl sink ( sink bowl )

5.1.2  Perlengkapan Stainless Steel untuk dapur dan industri hotel

a.      Towel warmer ( pemanas handuk )

b.     Plate warmer ( penghangat piring )

c.      Kwali Range

d.    Blower kwali range

e.      Teppan yaki

f.       Kompor Blower

g.     Tempat sampah

5.1.3    Perlengkapan Stainless Steel lainnya

a.      Work table ( meja kerja )

b.     Work table knock down ( m kerja knock down )

c.      Tempat sampah stainless

d.    Queve stand / tiang antrian ( tali pita )

e.      Tiang antrian / pembatas antrian ( tali Bludru )

f.       Service food trolley / service trolley

g.     Collect trolley ( u/ mengumpulkan piring )

h.     Multy rack ( Bermacam-macam rak )

   

BAB VI

PENUTUP

Kesimpulan

                Baja pada dasarnya adalah besi (Fe) dengan tambahan unsur karbon (C) sampai dengan 1,67 % (maksimal). Jenis-jenis baja dibagi menjadi beberapa macam, yaitu baja karbon, baja paduan dan baja tahan karat (Stainless Steel). Proses pembuatan baja terbagi menjadi tiga, yaitu : proses konvertor, proses terbuka (Open Hearth Furnace) dan proses dapur listrik (Electric Arc Furnace)

PROSES PEMBUATAN BESI

PENDAHULUAN

Bijih besi merupakan bahan baku pembuatan besi yang dapat berupa senyawa oksida, karbonat, dan sulfida serta tercampur sengan unsur lain misalnya silikon. Bijih besi diolah dalam tanur atau dapur tinggi untuk menghasilkan besi kasar. Besi kasar adalah bahan baku untuk pembuatan besi cor (cast iron), besi tempa (wrought iron), dan (baja (steel). Ketigaa macam bahan itu banyak dipakai dalam bidang teknik.

Baja adalah logam paduan antara besi dan karbon dengan kadar karbonnya secara teoritis maksimum 1,7%. Besi cor adalah logam paduan antara besi  dan karbon yang kadarnya 1,7% sampai 3,5%. Besi tempa adalah baja yang mempunyai kadar karbon rendah.

Dilihat dari kegunaannya maka besi dan baja campuran merupakan tulang punggung peradaban modern saat ini untuk peralatan transportasi, bangunan, pertanian, dan peralatan mesin.

2.      BAHAN ASAL BESI

Bahan dasar besi mentah ialah bijih besi yang jumlah persentase besinya haruslah sebesar mungkin. Besinya merupakan besi oksida (Fe2O4 dan Fe2O3) atau besi karbonat (FeCO2) yang dinamakan batu besi spat. Pengolahan besi mentah pada dapur tinggi dilakukan dengan cara mereduksi bijih besi menggunakan kokas, bahan tambahan, dan udara panas.

Bijih besi didatangkan dari tambang dalam berbagai mutu dan bongkahan yang tidak sama besar, serta bercampur dengan batu dan tanah liat.

Bongkahan bijih besi dipecah menjadi butiran yang sama besar, dengna ukuran paling besar 60 mm kemudian dimasukkan ke dalam pemecah bijih melalui kisi-kisi goyang supaya msauknya sama rata.

Dari mesin pemecah bijih, besi diantar ke tromol magnet dengan sebuah talang goyang yang lain. Dalam tromol tersebut bijih besi dipisahkan dari batu-batu yang tercampur. Bijih besi kemudian dimasukkan ke dalam instalasi penyaring untuk disortir menurut besarnya, sselanjutnya dimasukkan ke dalam sebuah instalasi pencuci. Untuk lebih jelasnya, perhatikan Gambar 1 !

Bijih halus dan butiran yang lebih kecil dari 18 mm yang datang dari pemecah bijih diaglomir di dalam dapur atau panci sinter.

Pada proses sinter selalu ditambahkan debu bijih yang berjatuhan dari dapur tinggi dan dari instalalsi pembersih gas supaya dapat diambil besinya.

Di dalam dapur sinter mula-mula diisikan selapis bijih halus dan diatasnya bijih besi yang akan diaglomir. Bubuk bijih tidak dapat jatuh melalui rangka bakar karena ditahan oleh bijih halus itu. Apabila isi panci tekah selesai dikerjakan panci berputar dan massa dijatuhkan ke dalam gerobak melalui pemecah bergigi yang berputar dan memecah menjadi potongan yang sama besar.

     Gambar 1

2.1  MACAM-MACAM PENGOLAHAN BESI DAN LOGAM

Didalam perut bumi tempat kita tinggal ternyata banyak sekali mengandung zat-zat yang berguna untuk keperluan hidup kita sehari-hari, misalnya minyak tanah, bensin, solar dan lain-lainnya yang disebut minyak bumi. Disamping itu juga terdapat unsur-unsur kimia yang berguna bagi manusia seperti bijih besi, nikel, tembaga, uranium, titanium, timah dan masih banyak lagi, beserta mineral dan batu-batuan. Salah satu zat yang terdapat di dalam bumi yang sangat berguna bagi manusia ialah air dengan rumus kimianya H2O, sebab tanpa air manusia sukar sekali mempertahankan kehidupannya.

Mineral adalah suatu bahan yang banyak terdapat di dalam bumi, yang mempunyai bentuk dan ciri-ciri khusus serta mempunyai susunan kimia yang tetap. Sedangkan batu-batuan merupakan gabungan antara dua macam atau lebih mineral-mineral dan tidak mempunyai susunan kimia yang tetap. Bijih ialah mineral atau batu-batuan yang mengandung satu macam atau beberapa macam logam dalam prosentase yang cukup banyak untuk dijadikan bahan tambang. Banyaknya logam yang terkandung dalam bijih itu berbeda-beda. Logam dalam keadaan murni jarang sekali terdapat di dalam bumi, kebanyakan merupakan senyawa-senyawa oksida, sulfida, karbonat, dan sulfat yang merupakan bijih logam yang perlu diproses menjadi bahan logam yang bermanfaat bagi manusia.

2.2  PEMBUATAN BESI KASAR (INGOT)

Bahan utama untuk membuat besi kasar adalah bijih besi. Berbagai macam bijih besi yang terdapat di dalam kulit bumi berupa oksid besi dan karbonat besi, diantaranya yang terpenting adalah sebagai berikut.

1.      Batu besi coklat (2Fe2O3 + 3H2O) dengan kandungan besi berkisar 40%.

2.      Batu besi merah yang juga disebut hematit (Fe2O3) dengan kandungan besi berkisar 50%.

3.      Batu besi magnet (Fe2O4) berwarna hijau tua kehitaman, bersifat magnetis dengan mengandung besi berkisar 60%.

4.      Batu besi kalsit atau spat (FeCO3) yang juga disebut sferosiderit dengan mengandung besi berkisar 40%.

Bijih besi dari tambang biasanya masih bercampur dengan pasir, tanah liat, dan batu-batuan dalam bongkah-bongkahan yang tidak sama besar. Untuk kelancaran proses pengolahan bijih besi, bongkah-bongkah tersebut dipecahkan dengan mesin pemecah, kemudian disortir antara bijih besih dan batu-batuan ikutan dengan tromol magnet. Pekerjaan selanjutnya adalah mencuci bijih besi tersebut dan mengelompokkan menurut besarnya, bijihbesi halus dan butir-butir yang kecil diaglomir di dalam dapur sinter atau rol hingga berupa bola-bola yang dapat dipakai kembali sebagai isi dapur.

Setelah bijih besi itu dipanggang di dalam dapur panggang agar kering dan unsur-unsur yang mudah menjadi gas keluar dari bijih kemudian dibawa ke dapur tinggi diolah menjadi besi kasar. Dapur tinggi mempunyai bentuk dua buah kerucut yang berdiri satu di atas yang lain

pada alasnya. Pada bagian atas adalah tungkunya yang melebar ke bawah, sehingga muatannya dengan mudah meluncur kebawah dan tidak terjadi kemacetan. Bagian bawah melebar ke atas dengan maksud agar muatannya tetap berada di bagian ini. Dapur tinggi dibuat dari susunan batu tahan api yang diberi selubung baja pelat untuk memperkokoh konstruksinya. Dapur diisi dari atas dengan alat pengisi. Berturut-turut dimasukkan kokas, bahan tambahan (batu kapur) dan bijih besi.

Kokas adalah arang batu bara yaitu batu bara yang sudah didestilasikan secara kering dan mengandung belerang yang sangat rendah sekali. Kokas berfungsi sebagai bahan bakarnya dan membutuhkan zat asam yang banyak sebagai pengembus. Agar proses dapat berjalan dengan cepat udara pengembus itu perlu dipanaskan terlebih dahulu di dalam dapur pemanas udara.

Besi cair di dalam dapur tinggi, kemudian dicerat dan dituang menjadi besi kasar, dalam bentuk balok-balok besi kasar yang digunakan sebagai bahan ancuran untuk pembuatan besi tuang (di dalam dapur kubah), atau dalam keadaan cair dipindahkan pada bagian pembuatan baja di dalam konvertor atau dapur baja yang lain, misalnya dapur Siemen Martin. Batu kapur sebagai bahan tambahan gunanya untuk mengikat abu kokas dan batu-batu ikutan hingga menjadi terak yang dengan mudah dapat dipisahkan dari besi kasar. Terak itu sendiri di dalam proses berfungsi sebagai pelindung cairan besi kasar dari oksida yang mungkin mengurangi hasil yang diperoleh karena terbakarnya besi kasar cair itu. Batu kapur (CaCO3) terurai mengikat batu-batu ikutan dan unsur-unsur lain.

Gambar 2.1

2.3  PROSES DALAM DAPUR TINGGI

Prinsip dari proses dapur tinggi adalah prinsip reduksi. Pada proses ini zat karbon monoksida dapat menyerap zat asam dari ikatan-ikatan besi zat asam pada suhu tinggi. Pada pembakaran suhu tinggi + 1800oC dengan udara panas, maka dihasilkan suhu yang dapat menyelenggarakan reduksi tersebut. Agar tidak terjadi pembuntuan karena proses berlangsung maka diberi batu kapur sebagai bahan tambahan. Bahan tambahan bersifat asam apabila bijih besinya mempunyai sifat basa dan sebaliknya bahan tambahan diberikan yang bersifat basa apabila bijih besi bersifat asam.

Gas yang terbentuk dalam dapur tinggi selanjutnya dialirkan keluar melalui bagian atas dan ke dalam pemanas udara. Terak yang menetes ke bawah melindungi besi kasar dari oksida oleh udara panas yang dimasukkan, terak ini kemudian dipisahkan. Proses reduksi di dalam dapur tinggi tersebut berlangsung sebagai berikut:

Zat arang dari kokas terbakar menurut reaksi : C + O2 CO2 sebagian dari CO2 bersama dengan zat arang membentuk zat yang berada ditempat yang lebih atas yaitu gas CO.        CO2+ C → 2CO Di bagian atas dapur tinggi pada suhu 3000 sampai 8000 C oksid besi yang lebih tinggi diubah menjadi oksid yang lebih rendah oleh reduksi tidak langsung dengan CO tersebut menurut prinsip : Fe2O3 + CO → 2FeO + CO2

Pada waktu proses berlangsung muatan turun ke bawah dan terjadi reduksi tidak langsung menurut prinsip : FeO+CO FeO+CO2

Reduksi ini disebut tidak langsung karena bukan zat arang murni yang mereduksi melainkan persenyawaan zat arang dengan oksigen. Sedangkan reduksi langsung terjadi pada bagian yang terpanas dari dapur, yaitu langsung di atas pipa pengembus. Reduksi ini berlangsung sebagai berikut. FeO + C → Fe + CO.

CO yang terbentuk itulah yang naik ke atas untuk mengadakan reduksi tidak langsung tadi. Setiap 4 sampai 6 jam dapur tinggi dicerat, pertama dikeluarkan teraknya dan baru kemudian besi. Besi yang keluar dari dapur tinggi disebut besi kasar atau besi mentah yang digunakan untuk membuat baja pada dapur pengolahan baja atau dituang menjadi balok-balok tuangan yang dikirimkan pada pabrik-pabrik pembuatan baja sebagai bahan baku. Besi cair dicerat dan dituang menjadi besi kasar dalam bentuk balok-balok besi kasar yang digunakan sebagai bahan ancuran untuk pembuatan besi tuang (di dalam dapur kubah) atau masih dalam keadaan cair dipindahkan pada bagian pembuatan baja (dapur Siemen Martin).

Terak yang keluar dari dapur tinggi dapat pula dimanfaatkan menjadi bahan pembuatan pasir terak atau wol terak sebagai bahan isolasi atau sebagai bahan campuran semen. Besi cair yang dihasilkan dari proses dapur tinggi sebelum dituang menjadi balok besin kasar sebagai bahan ancuran di pabrik penuangan, perlu dicampur dahulu di dalam bak pencampur agar kualitas dan susunannya seragam. Dalam bak pencampur dikumpulkan besi kasar cair dari bermacam-macam dapur tinggi yang ada untuk mendapatkan besi kasar cair yang sama dan merata. Untuk menghasilkan besi kasar yang sedikit mengandung belerang di dalam bak pencampur tersebut dipanaskan lagi menggunakan gas dapur tinggi.

Gambar 2.2

2.4 PEMBUATAN BAJA DARI BESI KASAR

Besi kasar sebagai hasil dari dapur tinggi masih banyak mengandung unsurunsur yang tidak cocok untuk bahan konstruksi, misalnya zat arang (karbon) yang terlalu tinggi, fosfor, belerang, silisium dan sebagainya. Unsur-unsur ini harus serendah mungkin dengan berbagai cara.

Untuk menurunkan kadar karbon dan unsur tambahan lainnya dari besi kasar digunakan dengan cara sebagai berikut.

1). Proses Konvertor :

a.       Proses Bessemer untuk besi kasar dengan kadar fosfor yang rendah.

b.      Proses Thomas untuk besi kasar dengan kadar fosfor yang tinggi.

c.       Proses Oksi, proses LD, Kaldo dan Oberhauser

2). Proses Martin (dapur Siemen Martin)

a.       Proses Martin asam untuk besi kasar dengan kadar fosfor rendah.

b.      Proses Martin basa untuk besi kasar dengan kadar fosfor tinggi.

3). Dapur Listrik untuk baja Campuran

a.       Dapur listrik busur nyala api.

b.      Dapur listrik induksi.

BAB III

PROSES PELEBURAN BAJA

PENDAHULUAN

            Di dalam proses peleburan baja terdiri dari beberapa proses yaitu.

1.      Proses konverter

2.      Proses martin

3.      Proses dapur listrik (untuk baja campuran)

Dimana proses konverter adalah salah satu proses dari dapur baja yang menggunakan

batu bata tahan api yang bersifat asam dan juga batu bata yang bersifat basa. Fungsi dari pada batu bata tahan api tersebut adalah menahan panas dan mampu sampai lebih dari 1000 derajat Celcius. Biasa digunakan pada incinerator, cerobong, kiln, dryer, rotary, dll. Batu bata tahan api seniri diperlukan oleh setiap industri yang dalam pengolahan produksinya mengunakan Tungku Pembakaran (Furnace), Ketel Uap (boiler), dan Tungku Peleburan.

Proses konverter terdiri dari satu tabung yang berbentuk bulat lonjong dengan menghadap ke samping.Sistem kerja :

1.      Dipanaskan dengan kokas sampai + 1500°C)

2.      Dimiringkan untuk memasukkan bahan baku baja (+ 1/8 dari volume konveror)

3.      Kembali ditegakkan

4.      Udara dengan tekanan 1,5-2 atm dihembuskan dari kompresor.

5.              Setelah 20 – 25 menit konvertor dijungkirkan untuk mengeluarkan isinya.

Proses konvertor :

a. Proses Bessemer untuk besi kasar dengan kadar fosfor yang rendah.

b. Proses Thomas untuk besi kasar dengan kadar fosfor yang tinggi.

c. Proses Oksi, proses LD, Kaldo dan Oberhauser.

Batu Bata tahan Api (Fire Bricks)

3.1  PROSES KONVERTER

3.1.1         Proses Bessemer (1855)

Henry Bessemer

Konvertor Bessemer adalah sebuah bejana baja dengan lapisan batu tahan api yang bersifat asam. Dibagian atasnya terbuka sedangkan pada bagian bawahnya terdapat sejumlah lubang-lubang untuk saluran udara. Bejana ini dapat diguling-gulingkan.

Korvertor Bessemer diisi dengan besi kasar kelabu yang banyak mengandung silisium. Silisium dan mangan terbakar pertama kali, setelah itu baru zat arang yang terbakar. Pada saat udara mengalir melalui besi kasar udara membakar zat arang dan campuran tambahan sehingga isi dapur masih tetap dalam keadaan encer.

Setelah lebih kurang 20 menit, semua zat arang telah terbakar dan terak yang terjadi dikeluarkan. Mengingat baja membutuhkan karbo sebesar 0,0 sampai 1,7 %, maka pada waktu proses terlalu banyak yang hilang terbakar, kekurangan itu harus ditambahy dalam bentuk besi yang banyak mengandung karbon. Dengan jalan ini kadar karbon ditingkatkan lagi. dari oksidasi besi yang terbentuk dan mengandung zat asam dapat dikurangi dengan besi yang mengandung mangan. Udara masih dihembuskan ke dalam bejana tadi dengan maksud untuk mendapatkan campuran yang baik. Kemudian terak dibuang lagi dan selanjutnya muatan dituangkan ke dalam panci penuang.

Pada proses Bessemer menggunakan besi kasar dengan kandungan fosfor dan belerang yang rendah tetapi kandungan fosfor dan belerang masih tetap agak tinggi karena dalam prosesnya kedua unsur tersebut tidak terbakar sama sekali. Hasil dari konvertor Bessemer disebut baja Bessemer yang banyak digunakan untuk bahan konstruksi. Proses Bessemer juga disebut proses asam karena muatannya bersifat asam dan batu tahan apinya juga bersifat asam. Apabila digunakan muatan yang bersifat basa lapisan batu itu akan rusak akibat reaksi penggaraman.

Gambar 3.1, skema reaktor bessemer

3.1.1.2 Proses Pembuatan Baja Dengan Metode Bessemer

Proses Bessemer adalah proses untuk produksi massa baja dari cair pig iron. Proses ini dinamai sesuai dengan nama penemunya, Henry Bessemer, yang mengeluarkan paten pada tahun 1855. Proses itu independen ditemukan pada 1851 oleh William Kelly. Proses ini juga telah digunakan di luar Eropa selama ratusan tahun, tetapi tidak pada skala industri. Prinsip utama adalah menghilangkan kotoran dari besi dengan oksidasi dengan udara yang ditiup melalui besi cair. Oksidasi juga meningkatkan suhu massa besi dan menyimpannya cair.

 

Gambar 3.1.2

Proses ini dilakukan dalam kontainer baja bulat telur besar yang disebut Converter Bessemer . Konvertor dibuat dari plat baja dengan sambungan las atau paku keling. Bagian dalamnya dibuat dari batu tahan api. Batu tahan api yang digunakan untuk lapisan bagian dalam Konvertor dapat bersifat asam atau basa tergantung dari sifat baja yang diinginkan. Konvertor disangga dengan alat penyangga yang dilengkapi dengan trunnion untuk mengatur posisi horizontal atau vertikal Konvertor. Kapasitas sebuah konverter 8-30 ton besi cair dengan muatan yang biasa berada di sekitar 15 ton.

Dibagian atas konverter merupakan pembukaan, biasanya miring ke sisi relatif terhadap tubuh kapal, dimana besi diperkenalkan dan produk jadi dihapus. Bagian bawah ini berlubang dengan sejumlah saluran yang disebut tuyères melalui udara dipaksa menjadi konverter. Konverter ini diputar pada trunnions sehingga dapat diputar untuk menerima tuduhan, berbalik tegak selama konversi dan kemudian diputar lagi untuk menuangkan baja cair di akhir.

Secara umum proses kerja konverter adalah:

 a. Dipanaskan dengan kokas sampai suhu 1500oC.

 b. Dimiringkan untuk memasukkan bahan baku baja (+1/8 dari volume konverter).

 c. Konverter ditegakkan kembali.

 d. Dihembuskan udara dengan tekanan 1,5 – 2 atm dengan kompresor.

 e. Setelah 20 – 25 menit konverter dijungkirkan untuk mengeluarkan hasilnya

3.1.2        Proses Thomas (1878)

Konvertor Thomas juga disebut konvertor basa dan prosesnya adalah proses basa, sebab batu tahan apinya bersifat basa serta digunakan untuk mengolah besi kasar yang bersifat basa. Muatan konvertor Thomas adalah besi kasar putih yang banyak mengandung fosfor.

Proses pembakaran sama dengan proses pada konvertor Bessemer, hanya saja pada proses Thomas fosfor terbakar setelah zat arangnya terbakar. Pengaliran udara tidak terus-menerus dilakukan karena besinya sendiri akan terbakar.

Pencegahan pembakaran itu dilakukan dengan menganggap selesai prosesnya walaupun kandungan fosfor masih tetap tinggi. Guna mengikat fosfor yang terbentuk pada proses ini maka diberi bahan tambahan batu kapur agar menjadi terak. Terak yang bersifat basa ini dapat dimanfaatkan menjadi pupuk buatan yang dikenal dengan nama pupuk fosfat. Hasil proses yang keluar dari konvertor Thomas disebut baja Thomas yang biasa digunakan sebagai bahan konstruksi dan pelat ketel.

Proses Thomas disebut juga “Basic Bessemer Process” yaitu proses Bessemer dalam keadaan basa. Proses ini memakai Converter yang di bagian dalamnya dilapisi bahan tahan api (refractory) bersifat basa seperti dolomite (Mg CO3 CaCO3).

Pertama-tama converter diisi dengan batu kapur, kemudian besi mentah (pig iron) cair yang mengandung unsur phosfor (P) : 1,6 - 2% ; dan sedikit Si dan S (0,6% Si, 0,07 % S).

Pada periode I (Slag forming period = Silicon blow) yaitu pada saat penghembusan, unsur Fe, Si, Mn akan teroksider dan terbentuklah terak basa (basic slag). Dengan adanya batu kapur, akan terjadi kenaikan temperatur, tetapi unsur phosfor (P) yang terkandung dalam besi mentah belum dapat dipisahkan dari Fe.

Pada periode ke II (The brilliant flame blow = Carbon blow) yang ditandai dengan adanya penurunan temperatur, dimana Carbon (C) akan terbakar, berarti kadar C menurun. Jika kadar C tinggal 0,1 - 0,2%, maka temperatur akan turun menjadi 1400 - 1420oC.

Setelah temperatur turun menjadi 1400oC, mulailah periode ke III (Reddish Smoke Periode) yaitu terjadinya oksidasi dari Fe secara intensif dan terbentuklah terak dengan  reaksi :

Peristiwa ini berlangsung + 3 - 5 menit, dan selanjutnya terbentuklah terak Phospor [CaO)4.P2O5] yang diikuti kenaikan temperatur yang mendadak menjadi 1600oC. Setelah periode ke III ini berakhir, hembusan udara panas dihentikan dan converter dimiringkan untuk mengeluarkan terak yang mengapung di atas besi cair.

Kemudian diberi doxiders/deoxidising agents misalnya Ferro Monggan, Ferro Silicon atau Aluminium untuk menghilangkan Oksigen (O2) serta memberikan kadar Mn dan Si supaya diperoleh sifat-sifat tertentu dari baja yang dihasilkan. Terak yang dihasilkan mengandung + 22 % P2O5 merupakan hasil ikatan yang diperoleh dan dapat digunakan sebagai pupuk tanaman. Baja yang dihasilkan digunakan sebagai bahan dalam proses pengecoran seperti pembuatan baja tuang atau baja profil (steel section) seperti baja siku, baja profil I, C.

3.1.3    Proses Oksidasi

Proses oksidasi menghilangkan pengotor seperti silikon, mangan dan karbon sebagai oksida yang akan membentuk gas ataupun terak padat. Lapisan tahan panas konverter juga memainkan peran dalam lapisan tanah liat yang konversinya menggunakan dalam asam Bessemer, dimana ada rendah fosfor dalam bahan baku. Dolomit digunakan ketika kandungan fosfor tinggi di dasar Bessemer (kapur atau magnesit pelapis juga kadang-kadang digunakan sebagai pengganti dolomit). Dalam rangka memberikan baja sifat yang diinginkan, zat lainnya dapat ditambahkan ke baja cair saat konversi selesai adalah spiegeleisen (karbon-mangan paduan besi).

Proses Bessemer diinginkan baja bersifat asam sehingga batu tahan apinya harus bersifat asam (Misal : kwarsa atau aksid asam SiO2). Proses Bessemer juga disebut proses asam karena muatannya bersifat asam serta batu tahan apinya juga bersifat asam. Apabila digunakan muatan yang bersifat basa lapisan batu itu akan rusak akibat reaksi penggaraman.

Besi mentah cair yang digunakan dalam proses Bessemer harus mempunyai kadar unsur Si <= 2%; Mn <= 1,5%; kadar unsur P dan S sekecil mungkin. Ketika udara panas dihembuskan lewat besi mentah cair, unsur-unsur Fe, Si dan Mn terbakar menjadi oksidasinya.

Sebagian oksida besi yang terbentuk pada reaksi di atas akan berubah menjadi terak dan sebagian lagi akan bereaksi dengan Si dan Mn.

Reaksi-reaksi di atas diikuti dengan kenaikan temperatur dari 1250oC ke 1650oC. Dari reaksi di atas akan terbentuk terak asam kira-kira 40 – 50% SiO2. Periode ini disebut

periode pembentukan terak (“The slag forming period”). Periode ini disebut juga periode “Silicon blow”. Periode ini berlangsung sekitar 4 – 5 menit yang ditandai adanya bunga api dan ledakan keluar dari mulut Konvertor.

Pada periode ke dua yang disebut “The brilliant flame blow” atau “Carbon blow” dimulai setelah Si dan Mn hampir semuanya terbakar dan keluar dari besi mentah cair. Reaksi itu diikuti dengan penurunan temperatur + 50 – 80% dan berlangsung +8 – 12 menit. CO akan keluar dari mulut Konvertor dimana CO ini akan teroksider oleh udara luar dengan ditandai dengan timbulnya nyala api bersinar panjang di atas Konvertor. Periode ketiga disebut “Reddisk Smoke period” yang merupakan periode brilliant flame terakhir. Periode ini ditandai adanya Reddish smoke (nyala api ke merah-merahan) keluar mulut Konvertor . Hal ini menunjukkan bahwa unsur campuran yang terdapat dalam besi mentah telah keluar dan tinggal oksida besi FeO. Periode ini berlangsung + 1 – 2 menit. Kemudian Konvertor diputar sehingga posisinya menuju posisi horizontal, lalu ditambahkan oksider (ferromanganesh, ferrosilicon atau Al) untuk mengikat O2 dan memadunya dengan baja yang dihasilkan. Baja Bessemer yang dihasilkan dengan proses di atas mengandung sangat sedikit unsur C.

Untuk baja Bessemer, kadar unsur C dapat dinaikkan dengan cara :

a.       mengurangi udara penghembus terutama pada periode ke dua.

b.      menambah C pada periode ke tiga hampir berakhir yaitu dengan menambahkan besi mentah.

c.       Berat logam pada proses Bessemer ini akan berkurang + 8 – 12%

3.1.3.1 Mengelola Proses

Ketika baja yang diperlukan sudah terbentuk, itu dicurahkan ke dalam ladle dan kemudian ditransfer ke dalam cetakan dan terak ringan yang tertinggal. Proses konversi yang disebut “pukulan” dilakukan dalam waktu sekitar dua puluh menit. Selama periode ini kemajuan oksidasi kotoran dapat dilihat atau dinilai oleh penampilan dari api yang keluar dari mulut konverter.

Penggunaan metode modern fotolistrik pencatatan karakteristik nyala api telah sangat membantu blower dalam pengendalian kualitas akhir produk. Setelah pukulan, logam cair recarburized ke titik yang dikehendaki dan bahan paduan lainnya ditambahkan, tergantung pada produk yang diinginkan.

Proses pembuatan baja dapat diartikan sebagai proses yang bertujuan mengurangi kadar unsur C, Si, Mn, P dan S dari besi mentah dengan proses oksidasi peleburan. Konventer untuk proses “oksidasi berkapasitas antara 50-400 ton”. Besi kasar dari tanur yang dituangkan ke dalam konventer disemburkan oksigen dari atas melalui pipa sembur yang bertekanan kira-kira 12 atm. Reaksi yang terjadi: O2 + C → CO2

Penyemburan Oksigen berlangsung antara 10-20 menit. Penambahan waktu penyemburan akan mengakibatkan terbakarnya C, P, Mn dan Si.

Konvertor dibuat dari plat baja dengan sambungan las atau paku keling. Bagian dalamnya dibuat dari batu tahan api. Konvertor disangga dengan alat penyangga yang dilengkapi dengan trunnion untuk mengatur posisi horizontal atau vertikal Konvertor.

Pada bagian bawah konvertor terdapat lubang-lubang angin (tuyer) sebagai saluran udara penghembus (air blast). Batu tahan api yang digunakan untuk lapisan bagian dalam Konvertor dapat bersifat asam atau basa tergantung dari sifat baja yang diinginkan.

Secara umum proses kerja konverter adalah:

1.      Dipanaskan dengan kokas sampai suhu 15000C.

2.      Dimiringkan untuk memasukkan bahan baku baja (+1/8 dari volume konverter).

3.      Konverter ditegakkan kembali.

4.      Dihembuskan udara dengan tekanan 1,5 – 2 atm dengan kompresor.

5.      Setelah 20 – 25 menit konverter dijungkirkan untuk mengeluarkan hasilnya.

            Keuntungan dari proses oksi adalah sebagai berikut :

a.       Waktu proses relatif pendek.

b.      Hasilnya mengandung fosfor (P)dan belerang (S) yang rendah.

c.       Hasil yang diproduksi relatif lebih banyak dalam tempo yang sama

d.      dibanding proses lainnya.

e.   Biaya produksi baja tiap ton lebih murah

3.1.4    Proses Linz Donawitz (LD)

Mula-mula konventer dimiringkan, kemudian besi-besi bekas disusul dengan besi kasar cair dimasukkan ke dalam konventer. Tahap berikutnya, oksigen disemburkan dari atas selama 10-20 menit. Karena di atas permukaan yang kontak dengan pipa sembur oksigen terjadi temperatur pembakaran yang tinggi, maka Phosphor akan terbakar terlebih dahulu baru kemudian Karbon. Dengan demikian Kadar P yang dicapai bisa lebih baik, yaitu 0.05%. Besi bekas yang bisa diikutsertakan untuk pembuatan baja hanya 40%.

3.1.4.2 Proses dapur Linz-Donawitz

Cara LD (Linz-Donawitz) yang telah dikembangkan oleh Vereinigte Osterreischische Eisen – und Stahlwerke Aktiengesellschaft (VOEST) dan Osterreischische Alpine Montangesellschaft telah meraih peranan yang berarti di dunia. Andilnya dalam pembuatan baja di dunia pada tahun 1974 melampaui 50%.

Didalam bejana yang dimiringkan mula-mula dimasukkan besi/baja rongsokan, kemudian besi mentah cair. Setelah bejana ditegakkan, sebuah pipa yang diberi pendingin air dimasukkan tegak lurus melalui lehernya yang terbuka. Melalui pipa ini dikempakan zat asam (oksigen) murni yang bertekanan 6 – 12 bar dari moncong pancar yang berada di dekat permukaan kubangan lelehan. Hanya beberapa detik setelah itu, mulailah berlangsung proses pembakaran. Setelah itu dimasukkan pula batu kapur untuk membentuk terak.

Semakin lama berlangsungnya proses penghembusan, maka semakin sedikitlah kandungan zat arang di dalam baja yang terbentuk. Bersamaan dengan itu terbakar pula belerang dan phosphor sebagai unsure baja yang tidak diperlukan.

Baja dengan kandungan karbon 0,2% dapat dikenali melalui nyala api yang berkobar dari mulut bejana. Dan api yang sangat pendek akan menunjukkan akhir pembakaran karbon setelah berlangsung selama 20 menit.

Oksigen pembuatan baja dasar (BOS, BOP, BOF, dan OSM), juga dikenal sebagai Linz-Donawitz-Verfahren pembuatan baja atau proses konverter oksigen adalah metode utama pembuatan baja yang kaya karbon cair pig iron dibuat menjadi baja . Hembusan oksigen melalui pig iron cair menurunkan kandungan karbon dari paduan dan mengubahnya menjadi baja karbon rendah . Proses ini dikenal sebagai akibat dasar untuk jenis refraktori – kalsium oksida dan magnesium oksida -garis kapal untuk menahan suhu tinggi logam cair.

Proses ini dikembangkan pada tahun 1948 oleh Robert Durrer dan dikomersialisasikan di 1.952-1.953 oleh Austria Voest dan ÖAMG . The converter LD, dinamai Austria kota Linz dan Donawitz (sebuah distrik Leoben ) adalah versi halus dari konverter Bessemer mana bertiup udara diganti dengan meniup oksigen . Ini mengurangi biaya modal dari tanaman, waktu peleburan, dan produktivitas tenaga kerja meningkat. Antara 1920 dan 2000, tenaga kerja persyaratan dalam industri menurun dengan faktor 1.000, dari lebih dari 3 ton pekerja-jam per hanya 0,003. Sebagian besar baja diproduksi di dunia diproduksi menggunakan tungku oksigen dasar, pada tahun 2000, itu menyumbang 60% dari tungku baja global output.Modern akan mengambil muatan besi hingga 350 ton dan mengubahnya menjadi baja dalam waktu kurang dari 40 menit, dibandingkan dengan 10-12 jam dalam sebuah tungku perapian terbuka .

Proses oksigen dasar yang dikembangkan di luar lingkungan tradisional “big baja”. Ini dikembangkan dan disempurnakan oleh seorang pria lajang, Swiss insinyur Robert Durrer, dan dikomersialisasikan oleh dua perusahaan baja kecil di sekutu-diduduki Austria , yang belum pulih dari kehancuran Perang Dunia II .

Pada tahun 1858, Henry Bessemer mematenkan proses pembuatan baja yang melibatkan oksigen bertiup untuk decarburizing besi cair (Inggris Paten No 2207) Selama hampir seratus

tahun jumlah komersial oksigen tidak tersedia sama sekali atau terlalu mahal,. dan penemuan tetap unused.During Perang Dunia II Jerman (CV Schwartz), insinyur Belgia (John Miles) dan Swiss (Durrer dan Heinrich Heilbrugge) mengusulkan versi mereka oksigen-blown pembuatan baja, tetapi hanya Durrer dan Heilbrugge membawanya ke produksi massal skala.

Pada tahun 1943, Durrer, mantan profesor di Institut Teknologi Berlin , kembali ke Swiss dan diterima kursi di dewan Gulung AG , baja terbesar di negara ini mill.In 1947 ia membeli kecil pertama 2,5 ton converter eksperimental dari AS , dan pada tanggal 3 April 1948 konverter baru yang diproduksi proses pertama baru steel.The mudah dapat memproses sejumlah besar besi tua dengan hanya sebagian kecil dari logam primer necessary.In musim panas tahun 1948 Gulung AG dan dua Austria BUMN , Voest dan ÖAMG, setuju untuk mengkomersilkan proses Durrer.

Pada bulan Juni 1949, Voest mengembangkan sebuah adaptasi dari proses Durrer ini, LD (Linz-Donawitz) process.In Desember 1949, Voest dan ÖAMG berkomitmen untuk membangun pertama mereka 30-ton converters.They oksigen dimasukkan ke dalam operasi pada bulan November 1952 (Voest di Linz) dan Mei 1953 (ÖAMG, Donawitz) dan untuk sementara menjadi ujung tombak pembuatan baja dunia, menyebabkan lonjakan dalam baja yang terkait research.Thirty-empat ribu pengusaha dan insinyur mengunjungi converter Voest oleh proses LD 1963.The mengurangi waktu pemrosesan dan biaya modal per ton baja, memberikan kontribusi bagi keunggulan kompetitif dari steel.VOEST Austria akhirnya memperoleh hak untuk memasarkan technology.However baru, kesalahan yang dibuat oleh Voest dan manajemen ÖAMG dalam melisensi teknologi mereka membuat kontrol atas adopsi di Jepang mungkin dan pada akhir tahun 1950-an para Austria kehilangan daya saing mereka.

Proses LD aslinya terdiri dalam meniup oksigen dari atas besi cair melalui nosel air-cooled tombak dari vertikal. Pada tahun 1960 pembuat baja memperkenalkan bottom-blown konverter dan memperkenalkan gas inert meniup untuk mengaduk logam cair dan menghapus fosfor kotoran.

Para pembuat baja besar Amerika tidak mengejar ketinggalan dengan teknologi baru, konverter oksigen pertama di Amerika Serikat yang diluncurkan pada akhir 1954 oleh Baja McLouth di Trenton, Michigan , yang menyumbang kurang dari 1 persen dari pasar baja nasional. US Steel dan Bethlehem Steel memperkenalkan proses oksigen hanya di 1964.Elsewhere, karena blunder lisensi pada bagian dari Austria, teknologi diadopsi dengan cepat. Pada tahun 1970 setengah dari itu dunia dan 80% dari output baja Jepang diproduksi oksigen converters.In kuartal terakhir dari konverter abad ke-20 oksigen dasar secara bertahap digantikan oleh tanur listrik . Di Jepang bagian dari proses LD menurun dari 80% pada tahun 1970 menjadi 70% pada tahun 2000, pangsa seluruh dunia dari proses oksigen dasar stabil pada 60%.

Oksigen Proses pembuatan baja dasar adalah sebagai berikut:

Pig iron cair (kadang-kadang disebut sebagai “logam panas”) dari tanur tinggi dituangkan ke dalam wadah tahan api berlapis besar disebut sendok ;

Logam dalam ladel dikirim langsung untuk pembuatan baja oksigen dasar atau ke tahap pretreatment. Pretreatment dari logam blast furnace digunakan untuk mengurangi beban pemurnian sulfur , silikon , dan fosfor. Dalam pretreatment desulfurising, sebuah tombak yang diturunkan ke dalam lelehan besi dalam sendok dan beberapa ratus kilogram bubuk magnesium ditambahkan. Kotoran Sulfur direduksi menjadi sulfida magnesium dalam kekerasan eksotermik reaksi. Sulfida tersebut kemudian meraup off. Pretreatment yang serupa adalah mungkin untuk desiliconisation dan dephosphorisation menggunakan skala pabrik (oksida besi) dan kapur sebagai reagen. Keputusan untuk pretreat tergantung pada kualitas dari logam blast furnace dan kualitas akhir yang dibutuhkan dari baja BOS.

Mengisi tungku dengan bahan-bahan yang disebut pengisian. Proses BOS adalah autogenous: energi panas yang diperlukan dihasilkan selama proses tersebut. Mempertahankan keseimbangan muatan yang tepat, rasio HoTMetaL untuk memo, karena itu sangat penting. Kapal BOS seperlima diisi dengan skrap baja. Besi cair dari ladel ditambah seperti yang dipersyaratkan oleh keseimbangan muatan. Sebuah kimia khas HoTMetaL dibebankan ke dalam kapal BOS adalah: C 4%, 0,2-0% .8 Si, 0,08% – 0 .18% P, dan 0,01-0 .04% S.

Kapal ini kemudian diatur tegak dan tombak air-cooled diturunkan ke dalamnya. Oksigen pukulan tombak murni 99% ke baja dan besi, memicu karbon terlarut dalam baja dan membakarnya untuk membentuk karbon monoksida dan karbon dioksida , yang menyebabkan suhu meningkat sampai sekitar 1700 ° C. Ini mencair memo, menurunkan karbon isi besi cair dan membantu menghilangkan yang tidak diinginkan unsur kimia . Ini adalah penggunaan oksigen bukan udara yang meningkatkan pada proses Bessemer , untuk nitrogen (dan gas lainnya) di udara tidak bereaksi dengan muatan sebagai oksigen tidak. Oksigen kemurnian tinggi dihembuskan ke dalam tungku atau kapal BOS melalui air-cooled tombak berorientasi vertikal dengan kecepatan lebih cepat dari Mach 1.

Fluks (dibakar kapur atau dolomit ) dimasukkan ke kapal untuk membentuk slag , yang menyerap kotoran dari proses pembuatan baja. Selama meniup logam di kapal membentuk emulsi dengan terak, memfasilitasi proses penyulingan. Menjelang akhir dari siklus bertiup, yang memakan waktu sekitar 20 menit, suhu diukur dan sampel yang diambil. Sampel diuji dan analisis komputer dari baja yang diberikan dalam waktu enam menit. Sebuah kimia yang khas dari logam ditiup adalah 0,3-0% .6 C, ,05-0 .1% Mn, 0,01-0 .03% Si, ,01-0 .03% S dan P.

Kapal BOS dimiringkan lagi dan baja dituangkan ke dalam sendok raksasa. Proses ini disebut menekan baja. Baja tersebut selanjutnya dimurnikan di tungku sendok, dengan menambahkan bahan paduan untuk memberikan sifat baja khusus yang dibutuhkan oleh pelanggan. Terkadang argon atau nitrogen gas ditiupkan ke dalam sendok untuk memastikan paduan campuran dengan benar. Baja sekarang berisi 0,1 – 1% karbon. The karbon dalam baja, semakin sulit, tetapi juga lebih rapuh dan kurang fleksibel.

Setelah baja akan dihapus dari kapal BOS, terak, penuh dengan kotoran, dituangkan off dan didinginkan.

3.2       Proses Martin (Dapur Siemens Martin)

Proses lain untuk membuat baja dari bahan besi kasar adalah menggunakan dapur Siemens Martin yang sering disebut proses Martin. Dapur ini terdiri atas satu tungku untuk bahan yang dicairkan dan biasanya menggunakan empat ruangan sebagai pemanas gas dan udara. Pada proses ini digunakan muatan besi bekas yang dicampur dengan besi kasar sehingga dapat menghasilkan baja dengan kualitas yang lebih baik jika dibandingkan dengan baja Bessemer maupun Thomas.

Gas yang akan dibakar dengan udara untuk pembakaran dialirkan ke dalam ruangan-ruangan melalui batu tahan api yang sudah dipanaskan dengan temperatur 600 sampai 900 derajat celcius. dengan demikian nyala apinya mempunyai suhu yang tinggi, kira-kira 1800 derajat celcius. gas pembakaran yang bergerak ke luar masih memberikan panas kedalam ruang yang kedua, dengan menggunakan keran pengatur maka gas panas dan udara pembakaran masuk ke dalam ruangan tersebut secara bergantian dipanaskan dan didinginkan. Bahan bakar yang digunakan adalah gas dapur tinggi, minyak yang digaskan (stookolie) dan juga gas generator.

Pada pembakaran zat arang terjadi gas CO dan CO2 yang naik ke atas dan mengakibatkan cairannya bergolak, dengan demikian akan terjadi hubungann yang erat antara api dengan bahan muatan yang dimasukkan ke dapur tinggi. Bahan tambahan akan bersenyawa dengan zat asam membentuk terak yang menutup cairan tersebut sehingga melindungi cairan itu dari oksida lebih lanjut. Setelah proses berjalan selama 6 jam, terak dikeluarkan dengan memiringkan dapur tersebut dan kemudian baja cair dapat dicerat. Hasil akhir dari proses Martin disebut baja Martin. Baja ini bermutu baik karena komposisinya dapat diatur dan ditentukan dengan teliti pada proses yang berlangsung agak lama. Lapisan dapur pada proses Martin dapat bersifat asam atau basa tergantung dari besi kasarnya mengandung fosfor sedikit atau banyak.

Proses Martin asam teradi apabila mengolah besi kasar yang bersifat asam atau mengandung fosfor rendah dan sebaliknya dikatakan proses Martin basa apabila muatannya bersifat basa dan mengandung fosfor yang tinggi. Keuntungan dari proses Martin disbanding proses Bessemer dan Thomas adalah sebagai berikut :

a. Proses lebih lama sehingga dapat menghasilkan susunan yang lebih baik dengan    jalan percobaan-percobaan.

b. Unsur-unsur yang tidak dikehendaki dan kotoran-kotoran dapat dihindarkan atau dibersihkan.

c. Penambahan besi bekas dan bahan tambahan lainnya pada akhir proses menyebabkan susunannya dapat diatur sebaik-baiknya. Selain keuntungan di atas dan karena udara pembakaran mengalir di atas cairan maka hasil akhir akan sedikit mengandung zat asam dan zat lemas.

Proses Martin basa biasanya masih mengandung beberapa kotoran seperti zat asam, belerang, fosfor dan sebagainya. Sedangkan pada proses Martin asam kadar kotoran-kotoran tersebut lebih kecil.

Pada proses Open-Hearth digunakan campuran besi mentah (pig iron) padat atau cair dengan baja bekas (steel scrap) sebagai bahan isian (charge). Pada proses ini temperatur yang dihasilkan oleh nyala api dapat mencapai 1800oC. Bahan bakar (fuel) dan udara sebelum dimasukkan ke dalam dapur terlebih dahulu dipanaskan dalam “Cheekerwork” dari renegarator.

Proses pembuatan baja dengan cara Open-Hearth ini meliputi 3 periode yaitu :a. Periode memasukkan dan mencairkan bahan isian.b. Periode mendidihkan cairan logam isian.c. Periode membersihkan/memurnikan (refining) dan deoksidasid. Bahan bakar yang dipakai adalah: campuran blast furnace gas dan cokes oven gas.Bahan isian : besi mentah dan baja bekas beserta bahan tambah ditaruh dalam heart lewat puntu pengisian.

Proses pembuatan baja dengan cara Open-Hearth furnace ini dapat dalam keadaan basa atau asam (basic or acid open-hearth). Pada basic open-hearth furnace, dinding bagaian dalam dapur dilapisi dengan magnesite brick. Bagian bawah untuk tempat logam cair dan terak dari bahan magnesite brick atau dolomite harus diganti setiap kali peleburan selesai. Terak basa yang dihasilkan + 40 - 50 % CaO.

Pada acid open-hearth furnace, dinding bagian dalam dapur dilapisi dengan dinas-brick. Bagian bawah dinding dapur harus diganti setiap kali peleburan selesai. Terak yang dihasilkan mengandung silica yang cukup tinggi yaitu 50 - 55 % SiO2. Pada proses basic ataupun acid dapat menggunakan bahan isian padat ataupun cair.

Proses yang menggunakan isian padat biasa disebut “Scarp and pig process” yaitu proses yang isian padatnya terdiri dari besi mentah (pig iron), baja bekas (Scrap steel) dan sedikit bijih besi (iron ore). Proses yang mengggunakan besi mentah cair terdiri dari besi mentah cari + 60 % dan baja bekas kira-kira 40 % dan sedikit bijih besi dan bahan tambah. Cara ini biasa dikerjakan pada perusahaan dapur tinggi (blast furnace) dimana besi mentah cair dari dapur tinggi tersebut langsung diproses pada open-hearth furnace.

Gambar 32, dapur siemens martin (open hearth furnace)

3.2.1    Proses Hoecsch

Proses Hoecsch merupakan penyempurnaan dari proses Martin. Caranya adalah setelah muatan di dalam dapur Siemens Martin mencair kemudian langsung dikeluarkan dan dimasukkan dalam kuali yang terbuka untuk membakar fosfor dan belerang. Sementara pembakaran dilakukan dapur Siemens Martin dibersihkan dan kemudian lantai dapur ditaburi dengan serbuk bijih besi (Fe2O3 atau Fe3O4). Setelah selesai mengadakan pembakaran fosfor, belerang dan besi cair yang berada di dalam kuali tadi dimasukkan kembali ke dalam dapur Siemens Martin untuk menyelesaikan pembakaran unsur-unsur lain yang belum hilang, terutama zat arang. Setelah proses pembakaran zat arang dianggap selesai, terak yang terjadi dikeluarkan selanjutnya baja cair ditampung dalam panci penuangan untuk dituang atau dicetak menjadi balok tuangan.

3.2.2    Proses Bertrand Thield

Proses ini menggunakan dua buah dapur Siemens Martin. Pada dapur yang pertama dilakukan pemijaran dan pembakaran untuk memisahkan fosfor sedangkan dalam dapur kedua diisi dengan besi cair hasil dari dapur yang pertama setelah teraknya dikeluarkan. Proses di dalam dapur yang kedua tersebut juga diberi tambahan bijih besi yang baru.

3.2.1    Proses Dupleks

Proses ini dilakukan dengan cara mengeluarkan zat arang terlebih dahulu yang berada konvertor-konvertor dan memurnikannya di dalam dapur Siemens Martin. Proses Dupleks terutama dilakukan oleh pabrik-pabrik baja yang berada di dekat perusahaan dapur tinggi. Setelah proses di dalam dapur tinggi (setelah teraknya dihilangkan) cairan besi kasar itu dimasukkan kedalam konvertor (Bessemer atau Thomas) dan dicampur dengan batu kapur serta baja bekas dalam jumlah yang dikehendaki. Pengembusan udara di dalam konvertor dilakukan sampai kandungan fosfor menjadi rendah kira-kira 1 sampai 1,5 %, ditambah dengan kokas yang telah digiling selanjutnya memindahkan isinya ke dalam dapur Siemens Martin.

3.2.4    Proses Thalbot

Proses Thalbot dilakukan dengan menggunakan dapur Siemens Martin yang dapat diputar-putar dan dijungkitkan. Setelah pemijaran didalam dapur Martin, sebagian cairan dituangkan ke dalam panci tuang dan ke dalam dapur tadi sambil ditambahkan besi kasar, bijih besi dan batu kapur.

Proses selanjutnya adalah menjaga agar cairan besi di dalam panic tuang tadi tidak terjadi oksidasi, artinya mengusahakan pendinginan yang cepat. Akibat dari cara ini adalah hasil yang diperoleh dalam setiap proses dari satu dapur tidak sama kualitasnya. Baja yang dihasilkan dari proses Thalbot adalah baja biasa seperti hasil dari proses konvertor Bessemer maupun Thomas.

3.3       Proses Dapur Listrik

Dapur listrik digunakan untuk pembuatan baja yang tahan terhadap suhu tinggi. Dapur ini mempunyai keuntungan-keuntungan sebagai berikut,

a.       Jumlah panas yang diperlukan dapat dapat diatur sebaik-baiknya.

b.      Pengaruh zat asam praktis tidak ada.

c.       Susunan besi tidak dipengaruhi oleh aliran listrik.

Sedangkan kekurangannya adalah harga listrik yang mahal. Dapur listrik dibagi menjadi dua kelompok yaitu dapur listrik busur cahaya dan dapur listrik induksi.

3.3.1    Dapur Busur Cahaya

Dapur ini berdasarkan prinsip panas yang memancar dari busur api, dapur ini juga dikenal dengan sebutan dapur busur nyala api. Dapur ini merupakan suatu tungku yang bagian atasnya digantungkan dua batang arang sebagai elektroda pada arus bolak-balik atau dengan tiga buah elektroda arang yang dialirkan arus putar. Misalnya pada dapur Stassano busur api terjadi antara tiga ujung elektroda arang yang berada di atas baja yang dilebur melalui ujung elektroda itu dengan arus putar. Pada dapur Girod, arus bolak balik mengalir melalui satu elektroda yang membentuk busur api di antara kutub dan baja cair selanjutnya dikeluarkan melalui enam buah elektroda baja yang didinginkan dengan air ke dasar tungku. Pada dapur Heroult menggunakan dua elektroda arang dengan arus bolakbalik dan dapat juga menggunakan tiga buah elektroda pada arus putar. Arus listrik membentuk busur nyala dari elektroda kepada cairan dan kembali dari cairan ke elektroda lainnya.

3.3.2    Dapur Induksi

Dapur induksi dapat dibedakan atas dapur induksi frekuensi rendah dan dapur induksi frekuensi tinggi. Pada dapur induksi dibangkitkan suatu arus induksi dalam cairan baja sehingga menimbulkan panas dalam cairan baja itu sendiri sedangkan dinding dapurnya hanya menerima pengaruh listrik yang kecil saja.

a.       Dapur induksi frekuensi rendah, bekerja menurut prinsip transformator. Dapur ini berupa saluran keliling teras dari baja yang beserta isinya dipandang sebagai gulungan sekunder transformator yang dihubungkan singkat, akibat hubungan singkat tersebut di dalam dapur mengalir suatu aliran listrik yang besar dan membangkitkan panas yang tinggi. Akibatnya isi dapur mencair dan campuran-campuran tambahandioksidasikan.

b.      Dapur induksi frekuensi tinggi, dapur ini terdiri atas suatu kuali yang diberi kumparan besar di sekelilingnya. Apabila dalam kumparan dialirkan arus bolak-balik maka terjadilah arus putar didalam isi dapur. Arus ini merupakan aliran listrik hubungan singkat dan panas yang dibangkitkan sangat tinggi sehingga mencairkan isi dapur dan campuran tambahan yang lain serta mengkoksidasikannya. Hasil akhir dari dapur listrik disebut baja elektro yang bermutu sangat baik untuk digunakan sebagai alat perkakas misalnya pahat, alat tumbuk dan lain-lainnya.

3.3.3    Proses Dapur Aduk

Dapur aduk merupakan cara pembuatan baja yang konvensional dengan cara melebur besi kasar di dalam dapur nyala api bersama-sama dengan terak (FeO) untuk mendapatkan zat asam. Dengan cara mengaduk-aduk dengan batang besi dan ke bawah permukaan dimasukkan udara maka terjadilah suatu masa lunak dari baja yang banyak mengandung terak. Apabila gumpalan-gumpalan yang dibuat dalam dapur telah mencapai kirakira 60 kg dikeluarkan, maka langkah selajutnya adalah mengeluarkan terak dengan jalan menempanya atau dipres. Dalam proses aduk ini lebih banyak melibatkan pekerjaan tangan serta kapasitas

produksi yang kecil maka cara ini dipandang tidak efisien dan jarang digunakan pada pabrik-pabrik baja

BAB IV

PROSES PENGOLAHAN BIJIH BESI

PENDAHULUAN

Besi dan baja sampai saat ini menduduki peringkat pertama logam yang paling banyak penggunaanya, besi dan baja mempunyai kandungan unsur utama yang sama yaitu Fe, hanya kadar karbon-lah yang membedakan besi dan baja.

Besi dan baja diperoleh dari hasil pengolahan bijih besi menjadi besi kasar untuk selanjutnya diolah menjadi besi atau baja. Pada uraian ini akan diberikan pemaparan tentang pengolahan oksida besi atau bijih besi Hematite (70% Fe), Magnetite (72% Fe) dan Limonite (60% Fe) bijih besi menjadi besi dan baja.

4.1  PROSES PENGOLAHAN BESI DAN BAJA

a.       Pengolahan Besi Kasar

b.      Pengolahan Besi Tuang

c.       Pengolahan Baja

d.      Pengolahan Besi Kasar

Besi kasar diperoleh dari peleburan oksida besi atau bijih besi Hematite (70% Fe), Magnetite (72% Fe) dan Limonite (60% Fe) di dalam tanur tinggi. Bijih besi tersebut mula – mula dibersihkan dengan cara mencucinya pada saluran goyang, kemudian dihaluskan dengan proses pemecahan secara bertingkat.

Butiran bijih besi halus tersebut kemudian dilewatkan pada ”roda magnetik” untuk memisahkan bijih yang mengandung kadar Fe yang tinggi dan yang rendahBiji atau bijih besi adalah cebakan yang digunakan untuk membuat besi gubal.Biji besi terdiri atas oksigen dan atom besi yang berikatan bersama dalam molekul. Besi sendiri biasanya didapatkan dalam bentuk magnetit (Fe3O4), hematit (Fe2O3), goethit, limonit atau siderit. Bijih besi biasanya kaya akan besi oksida dan beragam dalam hal warna, dari kelabu tua, kuning muda, ungu tua, hingga merah karat.

Saat ini, cadangan biji besi nampak banyak, namun seiring dengan bertambahnya penggunaan besi secara eksponensial berkelanjutan, cadangan ini mulai berkurang, karena jumlahnya tetap. Sebagai contoh, Lester Brown dari Worldwatch Institute telah memperkirakan bahwa bijih besi bisa habis dalam waktu 64 tahun berdasarkan pada ekstrapolasi konservatif dari 2% pertumbuhan per tahun.

Potensi Biji Besi di Kalimantan Tengah. Biji besi mempunyai 2 tipe yaitu magnetis dan kolovial, biji besi tipe magnetis dijumpai didaerah Kabupaten Lamandau, sedangkan tipe kolovial dijumpai didaerah Kabupaten Kotawaringin Timur.

Tipe magnetis terdiri dari hematite dan pegmatite, sedangkan tipe kolovial terdiri dari limonit dan Ilmenite.

Lokasi tipe magnetis berada didaerah :

  Bukit Karim, Kabupaten Lamandau

  Bukit Gojo, Kabupaten Lamandau

  Petarikan, Kabupaten Lamandau

  Mirah, Tumbang Manggu, Kabupaten Katingan

  Barito Timur

Lokasi tipe kolovial berada didaerah :

- Kenyala, Kecamatan Kotabesi, Kabupaten Kotawaringin Timur. Cadangan bijih besi yang sudah ditemukan 41,2 juta ton

Besi merupakan logam kedua yang paling banyak di bumi ini. Karakter dari endapan besi ini bisa berupa endapan logam yang berdiri sendiri namun seringkali ditemukan berasosiasi dengan mineral logam lainnya. Kadang besi terdapat sebagai kandungan logam tanah (residual), namun jarang yang memiliki nilai ekonomis tinggi. Endapan besi yang ekonomis

umumnya berupa Magnetite, Hematite, Limonite dan Siderite. Kadang kala dapat berupa mineral: Pyrite, Pyrhotite, Marcasite, dan Chamosite.

Beberapa jenis genesa dan endapan yang memungkinkan endapan besi bernilai ekonomis antara lain :

  Magmatik                                            : Magnetite dan Titaniferous Magnetite.

  Metasomatik kontak                           : Magnetite dan Specularite.

  Pergantian/replacement                       : Magnetite dan Hematite.

  Sedimentasi/placer                              : Hematite, Limonite, dan Siderite.

  Konsentrasi mekanik dan residual      : Hematite, Magnetite dan Limonite.

  Oksidasi                                              : Limonite dan Hematite.

Dari mineral-mineral bijih besi, magnetit adalah mineral dengan kandungan Fe paling tinggi, tetapi terdapat dalam jumlah kecil. Sementara hematit merupakan mineral bijih utama yang dibutuhkan dalam industri besi. Mineral-mineral pembawa besi dengan nilai ekonomis dengan susunan kimia, kandungan Fe dan klasifikasi komersil dapat dilihat pada Tabel dibawah ini:

Tabel mineral-mineral bijih besi bernilai ekonomis.

a.       Mineral Susunan kimia Kandungan Fe (%) Klasifikasi komersil.

b.      Magnetit FeO, Fe2O3 72,4 Magnetik atau bijih hitam.

c.       Hematit Fe2O3 70,0 Bijih merah.

d.      Limonit Fe2O3.nH2O 59 – 63 Bijih coklat.

e.       Siderit FeCO3 48,2 Spathic, black band, clay ironstone.

Proses terjadinya cebakan bahan galian bijih besi berhubungan erat dengan adanya peristiwa tektonik pra-mineralisasi. Akibat peristiwa tektonik, terbentuklah struktur sesar, struktur sesar ini merupakan zona lemah yang memungkinkan terjadinya magmatisme, yaitu intrusi magma menerobos batuan tua. Akibat adanya kontak magmatik ini, terjadilah proses rekristalisasi, alterasi, mineralisasi, dan penggantian (replacement) pada bagian kontak magma dengan batuan yang diterobosnya.

Perubahan ini disebabkan karena adanya panas dan bahan cair (fluida) yang berasal dari aktivitas magma tersebut. Proses penerobosan magma pada zona lemah ini hingga membeku umumnya disertai dengan kontak metamorfosa. Kontak metamorfosa juga melibatkan batuan samping sehingga menimbulkan bahan cair (fluida) seperti cairan magmatik dan metamorfik yang banyak mengandung bijih.

4.1.1        Besi sekunder ( endapan placer )

Cebakan mineral alochton dibentuk oleh kumpulan mineral berat melalui proses sedimentasi, secara alamiah terpisah karena gravitasi dan dibantu pergerakan media cair, padat dan gas/udara. Kerapatan konsentrasi mineral-mineral berat tersebut tergantung kepada tingkat kebebasannya dari sumber, berat jenis, ketahanan kimiawi hingga lamanya pelapukan dan mekanisma. Dengan nilai ekonomi yang dimilikinya para ahli geologi menyebut endapan alochton tersebut sebagai cebakan placer.

Jenis cebakan ini telah terbentuk dalam semua waktu geologi, tetapi kebanyakan pada umur Tersier dan masa kini, sebagian besar merupakan cadangan berukuran kecil dan sering terkumpul dalam waktu singkat karena tererosi. Kebanyakan cebakan berkadar rendah tetapi dapat ditambang karena berupa partikel bebas, mudah dikerjakan dengan tanpa penghancuran; dimana pemisahannya dapat menggunakan alat semi-mobile dan relatif murah. Penambangannya biasanya dengan cara pengerukan, yang merupakan metoda penambangan termurah.

4.2  Proses Pembuatan Besi - Baja

Besi dan baja merupakan logam yang banyak digunakan dalam teknik; dan meliputi 95% dari seluruh produksi logam dunia. untuk penggunaan tertentu, besi dan baja merupakan satu-satunya logam yang memenuhi persyaratan teknis maupun ekonomis, namun di beberapa bidang lainnya logam ini mulai mendapat persaingan dari logam bukan besi dan bahan bukan logam. diperkirakan bahwa besi telah dikenal manusia disekitar tahun 1200 SM.

Proses pembuatan baja diperkenalkan oleh Sir Henry Bessemer dari Inggris sekitar tahun 1800, sedang William Kelly dari Amerika pada waktu yang hampir bersamaan berhasil membuat besi malleable. hal ini menyebabkan timbulnay persengketaan mengenai masalah paten. Dalam sidang-sidang pengasilan terbukti bahwa WIlliam Key lebih dahulu mendapatkan hak paten.

Proses Pembuatan Besi-Baja:

4.2.1        Proses Reduksi Tidak Langsung (Indirect Reduction)

Pada proses ini menggunakan tungku tanur tinggi (blast furnace) dengan porsi 80% diproduksi dunia. Besi kasar dihasilkan dalam tanur tinggi. Diameter tanur tinggi sekitar 8m dan tingginya mencapai 60 m. Bahan baku yang terdiri dari campuran bijih, kokas, dan batu kapur, dinaikkan ke puncak tanur dengan pemuat otomatis, kemudian dimasukkan ke dalam hopper. Hematit akan dimasukkan ke dalam blast furnace, disertai denganbeberapa bahan lainnya seperti kokas (coke), batu kapur(limestone), dan udara panas. Bahan baku yang terdiri dari campuran biji besi, kokas, dan batu kapur, dinaikkan ke puncakblast furnace. Bahan baku tersebut disusun secara berlapis-lapis.

Setelah bahan-bahan dimasukkan ke dalam blast furnace, lalu udara panas dialirkan dari dasar tungku dan menyebabkan kokas terbakar sehingga nantinya akan membentuk karbon monoksida (CO). Reaksi reduksi pun terjadi, yaitu sebagai berikut :

Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2

Dengan digunakannya udara panas, dapat dihemat penggunaan kokas sebesar 30% lebih. Udara dipanaskan dalam pemanas mula yang berbentuk menara silindris, sampai sekitar 500ºC. Kalor yang diperlukan berasal dari reaksi pembakaran gas karbon monoksida yang keluar dari tanur. Udara panas tersebut memasuki tanur melalui tuyer yang terletak tepat di atas pusat pengumpulan besi cair.

Maka didapatlah besi (Fe) yang kita inginkan. Namun besi tersebut masih mengandung karbon yang cukup banyak yaitu 3% – 4,5%, padahal besi yang paling banyak digunakan saat ini adalah yang berkadar karbon kurang dari 1% saja. Besi yang mengandung karbon dengan kadar >4% biasa disebut pig iron.

Batu kapur digunakan sebagai fluks yang mengikat kotoran-kotoran yang terdapat dalam bijih-bijih besi dan membentuk terak cair. Terak cair ini lebih ringan dari besi cair dan terapung diatasnya dan secara berkala akan disadap. Besi cair yang telah bebas dari kotoran-kotoran dialirkan kedalam cetakan setiap 5 – 6 jam.

Gambar 4.2.1, blast furnace

Terak dapat dimanfaatkan sebagai bahan bangunan (campuran beton) atau sebagai bahan isolasi panas. Gas panas dibersihkan dan digunakan untuk pemanas mula udara, untuk membangkitkan energi atau sebagai media pembakar dapur-dapur lainnya.

Perlu diperhatikan bahwa bijih besi yang akan dimasukkan ke dalam blast furnaceharuslah digumpalkan terlebih dahulu. Hal tersebut berguna agar aliran udara panas bisa dengan mudah bergerak melewati celan-celah biji besi dan tentunya akan mempercepat proses reduksi. Komposisi besi kasar dapat dikendalikan melalui pengaturan kondisi operasi dan pemilihan susunan campuran bahan baku.

Gambar: Tanur Tinggi

4.2.2    Proses Reduksi Langsung (Direct Reduction)

Proses ini biasanya digunakan untuk merubah pellet menjadi besi spons (sponge iron). Juga disebut besi spons dihasilkan dari reduksi langsung dari bijih besi (dalam bentuk gumpalan, pelet atau denda) dengan mengurangi gas yang dihasilkan dari gas alam atau batubara. Gas pereduksi adalah mayoritas campuran hidrogen (H2) dan karbon monoksida (CO) yang bertindak sebagai pereduksi. Proses langsung mengurangi bijih besi dalam bentuk padat dengan mengurangi gas disebut reduksi langsung.

Proses reduksi langsung dianggap lebih efisien daripada tanur tiup . Karena beroperasi pada suhu yang lebih rendah, dan ada beberapa faktor lain yang membuatnya ekonomis. Berikut adalah contoh proses reduksi langsung antara lain :

4.2.3    HYL proces

HYL Direct Reduction Proses (reduksi langsung) adalah hasil usaha riset yang dimulai oleh Hojalata y L.Mina, S.A., pada permulaan tahun 1950-an. Usaha ini muncul dari tekanan kebutuhan yang semakin meningkat dan harus memperoleh bahan baku yang cukup mutu dan pada harga yang stabil untuk produksi lembaran baja(sheet steel).

Dalam proses ini digunakan gas reduktor dari LNG (Liquid Natural Gas), gas alam cair ini direaksikan dengan uap air panas (H2O).

4.2.4    Midrex Proces

Gambar 4.3.3, Midrex proces

Proses ini didasarkan pada tekanan rendah, udara bergerak berlawanan arus ke bijih oksida besi pelet padat. 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 ini sangat efektif untuk mereduksi oksida-oksida dan belerang sehingga dapat dimanfaatkan bijih besi berkadar rendah.

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) berkualitas tinggi.

Keuntungan dari proses reduksi langsung ketimbang blast furnace adalah :a. Besi spons memiliki kandungan besi lebih tinggi ketimbang pig iron, hasil blast furnace.b. Zat reduktor menggunakan gas (CO atau H2) yang terkandung dalam gas alam, sehingga tidak diperlukan kokas yang harganya cukup mahal.

Perbedaan proses reduksi langsung dan reduksi tidak langsung

Reaksinya berbeda,pada reduksi tidak langsung Fe diperoleh dari beberapa tahap reaksi, pada reduksi langsung dengan1 tahap reaksi sudah dapat diperoleh Fe murni.

Hasil akhirnya berbeda, Output dari reduksi tidak langsung adalah berupa Fe dalam keadaan cair (pig iron) , sedangkan output dari reduksi langsung adalah Fe dalam keadaan padat (sponge iron)

Sumber gas reduktornya berbeda, indirect reduction menggunakan kokas untuk menghasilkan gas reduktor CO, sedangkan direct reduction menggunakan CH4

Kualitasnya berbeda, reduksi langsung menghasilkan besi dengan kualitas yang lebih baik daripada reduksi tidak langsung. Karena reduksi tidak langsung menggunakan kokas untuk menghasilkan gas reduktor. Kokas berasal dari batubara yang mengadung sulfur, dimana S tersebut dapat ikut masuk kedalam besi hasil reduksi, yang mengakibatkan besi mengalami retak panas (hot shortness). 

4.3       Besi Tuang (Cast Iron)

Secara umum Besi Tuang (Cast Iron) adalah Besi yang mempunyai Carbon content 2.5% – 4%. Oleh karena itu Besi Tuang yang kandungan karbonnya 2.5% – 4% akan mempunyai sifat MAMPU LASNYA (WELDABILITY) rendah. Karbon dalam Besi Tuang dapat berupa sementit (Fe3C) atau biasa disebut dengan Karbon Bebas (grafit). Perlu di ketahui juga kandungan FOSFOR dan SULPHUR dari material ini sangat tinggi dibandingkan Baja. Ada beberapa jenis Besi Tuang (Cast Iron) yaitu :

4.3.1    Besi Tuang Putih (White Cast Iron)

Gambar: Struktur logam dapat dilihat pada gambar diatas

       

Namanya diambil dari warna bidang p atahnya. Dimana Besi Tuang ini seluruh karbonnya berupa Sementit sehingga mempunyai sifat sangat keras dan getas. Mikrostrukturnya terdiri dari Karbida yang menyebabkan berwarna Putih. 

            Besi tuang putih (white cast iron) mengandung kadar silikon rendah, dimana pada saat pemadatan besi carbida membentuk graphite di dalam ikatan matrix. Pada besi tuang non-paduan strukturnya berbentuk pearlite. Besi tuang putih (white cast iron) memiliki angka kekerasan antara 400 hingga 600 HB dengan tegangan tariknya 270 N/mm2 dan masih dapat ditingkatkan melalui penurunan kadar karbon sebesar 2,75 sampai 2,9 % menjadi 450 N/mm2. Proses machining untuk besi tuang putih ini hanya dapat dilakukan dengan penggerindaan (grinding). Besi tuang putih (white cast iron) digunakan dalam pembuatan komponen mesin gerinda, kelengkapan penghancur, komponen dapur pemanas (furnance) dan lain-lain. Besi tuang putih (white cast iron) dapat diberi perlakuan panas (heat treatment) untuk menurunkan angka kekerasannya melalui proses pelunakan (anealing), yakni dengan pemanasan pada temperatur 850ºC untuk menguraikan free-karbon yang terbentuk karena pendinginan cepat setelah penuangan (pengecoran).

Proses ini dilakukan hanya pada kondisi darurat. Sedangkan pengendalian sifat besi tuang putih ini tetap dengan metoda pengendalian pendinginan dengan “iron chill” serta komposisi unsur bahan.

4.3.2    Besi Tuang Kelabu (Grey Cast Iron)

Namanya diambil dari warna bidang patahnya. Besi tuang Kelabu (Grey Cast Iron). Besi tuang kelabu (grey cast iron) mengandung unsur graphite yang berbentuk serpihan sehingga memiliki sifat mampu mesin (machinability). Yang membedakan jenis dari besi tuang kelabu ialah nilai tegangannya Angka kekerasan dari Besi tuang ini ialah antara 155 HB sampai 320 HB tergantung tingkatannya. besi tuang kelabu (grey cast iron) digunakan dalam pembuatan crankcases, machine tool bed, brake drums, cylinder head dan lain-lain.

                                        Gambar 4.3.2, besi tuang kelabu

Besi tuang kelabu (grey cast iron) dapat diberi perlakuan panas (heat treatment) untuk menghilangkan tegangan dalam setelah proses pengecoran yakni dengan “stress reliefing”, dengan memberikan pemanasan lambat antara 500ºC hingga 575ºC, dengan holding time sekitar 3 jam diikuti dengan pendinginan secara perlahan-lahan. Proses lain dalam perlakuan panas (heat treatment) yang memungkinkan untuk dilakukan pada besi tuang kelabu ini ialah pelunakan (anealing), dengan proses ini akan terjadi perbaikan pada strukturnya sehingga

dimungkinkan untuk proses machining secara cepat, untuk proses anealing ini dilakukan dengan memberikan pemanasan pada temperatur anealing yakni 700ºC dengan waktu pemanasan (holding time) setengah hingga dua jam, dimana akan terbentuk structure pearlite tertutup dalam kesatuan ferrite matrix, namun demikian tingkat kekerasan akan tereduksi sebesar 240 HB sampai 180 HB.Jenis Besi Tuang ini sering dijumpai (sekitar 70% besi tuang berwarna abu-abu). Struktur besi tuang kelabu dapat dilihat pada gambar 4.3.2.

4.3.3     Besi tuang mampu tempa (malleable cast iron).

Besi tuang “Mampu Tempa” (Malleable Cast Iron) Besi tuang mampu tempa (Malleable cast Iron) adalah salah satu jenis besi tuang yang memiliki struktur berwarna putih, dimana memiliki unsur graphite yang sangat halus sehingga distribusi unsur Karbon menjadi lebih merata serta mudah dibentuk. Besi tuang mampu tempa (Malleable cast Iron) terdapat dalam 3 bentuk jenis, yakni : Whitehearth, Blackhearth, dan Pearlitic nama-nama ini merupakan istilah sesuai dengan bentuk microstruktur dari besi tuang tersebut. Besi Tuang jenis ini dibuat dari Besi Tuang Putih dengan melakukan heat treatment kembali yang tujuannya menguraikan seluruh gumpalan graphit (Fe3C) akan terurai menjadi matriks Ferrite, Pearlite dan Martensite. Mempunyai sifat yang mirip dengab Baja. Sifat-sifat sangat baik jika dibandingkan dengan besi tuang kelabu tetapi harganya mahal.

4.3.4    Besi Tuang Nodular (Nodular Cast Iron)Nodular Cast Iron

Adalah perpaduan besi tuang kelabu. Dibuat dengan jalan mencampurkan magnesium, kalsium atau serium ke dalam cairan logam.Sifat-sifat kekuatan dan keuletan tinggi, tahan aus juga tahan panas.

         Struktur besi tuang nodular

Ciri besi tuang ini bentuk graphite flake dimana ujung – ujung flake berbentuk takik-an yang mempunyai pengaruh terhadap ketangguhan, keuletan & kekuatan oleh karena untuk menjadi lebih baik, maka graphite tersebut berbentuk bola (spheroid) dengan menambahkan sedikit

inoculating agent, seperti magnesium atau calcium silicide. Karena besi tuang mempunyai keuletan yang tinggi maka besi tuang ini di kategorikan ductile cast iron. Pemakaian besi tuang jenis ini adalah untuk bahan pembuat piston mesin.

PENGOLAHAN BAJA

Baja adalah logam aloy yang komponen utamanya adalah besi, dengan karbon sebagai material pengaloy utama. Karbon bekerja sebagai agen pengeras, mencegah atom besi, yang secara alami teratu dalam lattice, begereser melalui satu sama lain. Memvariasikan jumlah karbon dan penyebaran alloy dapat mengontrol kualitas baja. Baja dengan peningkatan jumlah karbon dapat memperkeras dan memperkuat besi, tetapi juga lebih rapuh. Definisi klasik, baja adalah besi-karbon aloy dengan kadar karbon sampai 5,1 persen; ironisnya, aloy dengan kadar karbon lebih tinggi dari ini dikenal dengan besiSekarang ini ada beberapa kelas baja di mana karbon diganti dengan material aloy lainnya, dan karbon, bila ada, tidak diinginkan. Definisi yang lebih baru, baja adalah aloy berdasar-besi yang dapat dibentuk seccara plastik.

Sifat Baja

Baja Tahan Karat (Stainless Steel)Sifatnya antara lain:Memiliki daya tahan yang baik terhadap panas, karat dan goresan/gesekanTahan temperature rendah maupun tinggiMemiliki kekuatan besar dengan massa yang kecilKeras, liat, densitasnya besar dan permukaannya tahan ausTahan terhadap oksidasiKuat dan dapat ditempaMudah dibersihkanMengkilat dan tampak menarikHigh Strength Low Alloy Steel (HSLS)Sifat dari HSLA adalah memiliki tensile strength yang tinggi, anti bocor, tahan terhadap abrasi, mudah dibentuk, tahan terhadap korosi, ulet, sifat mampu mesin yang baik dan sifat mampu las yang tinggi (weldability). Untuk mendapatkan sifat-sifat di atas maka baja ini diproses secara khusus dengan menambahkan unsur-unsur seperti: tembaga (Cu), nikel (Ni), Chromium (Cr), Molybdenum (Mo), Vanadium (Va) dan Columbium.

Klasifikasi Baja

Menurut penggunaannya:Baja konstruksi (structural steel), mengandung karbon kurang dari 0,7 % C.

Baja perkakas (tool steel), mengandung karbon lebih dari 0,7 % C

Baja dengan sifat fisik dan kimia khusus:Baja tahan garam (acid-resisting steel)Baja tahan panas (heat resistant steel)Baja tanpa sisik (non scaling steel)Electric steelMagnetic steelNon magnetic steelBaja tahan pakai (wear resisting steel)Baja tahan karat/korosi Dengan mengkombinasikan dua klasifikasi baja menurut kegunaan dan komposisi kimia maka diperoleh lima kelompok baja yaitu:Baja karbon konstruksi (carbon structural steel)Baja karbon perkakas (carbon tool steel)Baja paduan konstruksi (Alloyed structural steel)Baja paduan perkakas (Alloyed tool steel)Baja konstruksi paduan tinggi (Highly alloy structural steel)Selain itu baja juga diklasifisikan menurut kualitas:Baja kualitas biasaBaja kualitas baikBaja kualitas tinggi

Pembuatan BajaBaja diproduksi didalam dapur pengolahan baja dari besi kasar baik padat maupun cair, besi bekas ( Skrap ) dan beberapa paduan logam. Ada beberapa proses pembuatan baja antara lain :1.proses konvertorterdiri dari satu tabung yang berbentuk bulat lonjong dengan menghadap kesamping.Sistem kerjaDipanaskan dengan kokas sampai ± 1500 0C,Dimiringkan untuk memasukkan bahan baku baja. (± 1/8 dari volume konvertor) Kembali ditegakkan.Udara dengan tekanan 1,5 – 2 atm dihembuskan dari kompresor.Setelah 20-25 menit konvertor dijungkirkan untuk mengelaurkan hasilnya.

2.proses Bassemer (asam)lapisan bagian dalam terbuat dari batu tahan api yang mengandung kwarsa asam atau aksid asam (SiO2), Bahan yang diolah besi kasar kelabu cair, CaO tidak ditambahkan sebab dapat bereaksi dengan SiO2, SiO2 + CaO CaSiO3

3.proses Thomas (basa)Lapisan dinding bagian dalam terbuat dari batu tahan api bisa atau dolomit [ kalsium karbonat dan magnesium (CaCO3 + MgCO3)], besi yang diolah besi kasar putih yang mengandung P antara 1,7 – 2 %, Mn 1 – 2 % dan Si 0,6-0,8 %. Setelah unsur Mn dan Si terbakar, P membentuk oksida phospor (P2O5), untuk mengeluarkan besi cair ditambahkan zat kapur (CaO),3 CaO + P2O5 Ca3(PO4)2 (terak cair)

4.proses Siemens Martin menggunakan sistem regenerator (± 3000 0C.) fungsi dari regenerator adalah :

memanaskan gas dan udara atau menambah temperatur dapur sebagai Fundamen/ landasan dapur menghemat pemakaian tempatBisa digunakan baik besi kelabu maupun putih, Besi kelabu dinding dalamnya dilapisi batu silika (SiO2),besi putih dilapisi dengan batu dolomit (40 % MgCO3 + 60 % CaCO3)

5.proses Basic Oxygen Furnacelogam cair dimasukkan ke ruang baker (dimiringkan lalu ditegakkan) Oksigen (± 1000) ditiupkan lewat Oxygen Lance ke ruang bakar dengan kecepatan tinggi. (55 m3 (99,5 %O2) tiap satu ton muatan) dengan tekanan 1400 kN/m2. ditambahkan bubuk kapur (CaO) untuk menurunkan kadar P dan S.

Keuntungan dari BOF adalah:-BOF menggunakan O2 murni tanpa Nitrogen-Proses hanya lebih-kurang 50 menit.Tidak perlu tuyer di bagian bawah-Phosphor dan Sulfur dapat terusir dulu daripada karbon-Biaya operasi murah

6.prose's dapur listriktemperatur tinggi dengan menggunkan busur cahaya electrode dan induksi listrik.Keuntungan : -Mudah mencapai temperatur tinggi dalam waktu singkat -Temperatur dapat diatur -Efisiensi termis dapur tinggi -Cairan besi terlindungi dari kotoran dan pengaruh lingkungan sehingga kualitasnya baik-Kerugian akibat penguapan sangat kecil

7.proses dapur kopelmengolah besi kasar kelabu dan besi bekas menjadi baja atau besi tuang.Prosespemanasan pendahuluan agar bebas dari uap cair. Bahan bakar(arang kayu dan kokas) dinyalakan selama ± 15 jam. kokas dan udara dihembuskan dengan kecepatan rendah hingga kokas mencapai 700 – 800 mm dari dasar tungku. besi kasar dan baja bekas kira-kira 10 – 15 % ton/jam dimasukkan.15 menit baja cair dikeluarkan dari lubang pengeluaran.

8.proses dapur Cawan

Proses kerja dapur cawan dimulai dengan memasukkan baja bekas dan besi kasar dalam cawan,kemudian dapur ditutup rapat.Kemudian dimasukkan gas-gas panas yang memanaskan sekeliling cawan dan muatan dalam cawan akan mencair.Baja cair tersebut siap dituang untuk dijadikan baja-baja istimewa dengan menambahkan unsur-unsur paduan yang diperlukan

Baja dan Proses PembuatannyaPosted June 7, 2009 by shinqueena in Uncategorized. Leave a Comment

Baja adalah logam aloy yang komponen utamanya adalah besi, dengan karbon sebagai material pengaloy utama. Karbon bekerja sebagai agen pengeras, mencegah atom besi, yang secara alami teratu dalam lattice, begereser melalui satu sama lain. Memvariasikan jumlah karbon dan penyebaran alloy dapat mengontrol kualitas baja. Baja dengan peningkatan jumlah karbon dapat memperkeras dan memperkuat besi, tetapi juga lebih rapuh. Definisi klasik, baja adalah besi-karbon aloy dengan kadar karbon sampai 5,1 persen; ironisnya, aloy dengan kadar karbon lebih tinggi dari ini dikenal dengan besi

Sekarang ini ada beberapa kelas baja di mana karbon diganti dengan material aloy lainnya, dan karbon, bila ada, tidak diinginkan. Definisi yang lebih baru, baja adalah aloy berdasar-besi yang dapat dibentuk seccara plastik.

Dan umumnya baja juga menjadi bahan pelapis rompi anti peluru, yang dimana baja menjadi bahan pelapis bahan inti rompi tersebut, yaitu bahan milik Kevlar.

Sejarah Penemuan Baja

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. Parapembuat 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.

Proses pembuatan baja

Baja diproduksi didalam dapur pengolahan baja dari besi kasar baik padat maupun cair, besi bekas ( Skrap ) dan beberapa paduan logam. Ada beberapa proses pembuatan baja antara lain :

PROSES KONVERTOR

terdiri dari satu tabung yang berbentuk bulat lonjong dengan menghadap kesamping.

Sistem kerja

Dipanaskan dengan kokas sampai ± 1500 0C,

Dimiringkan untuk memasukkan bahan baku baja. (± 1/8 dari volume konvertor)

Kembali ditegakkan.

Udara dengan tekanan 1,5 – 2 atm dihembuskan dari kompresor.

Setelah 20-25 menit konvertor dijungkirkan untuk mengelaurkan hasilnya.

proses Bassemer (asam)

lapisan bagian dalam terbuat dari batu tahan api yang mengandung kwarsa asam atau aksid asam (SiO2), Bahan yang diolah besi kasar kelabu cair, CaO tidak ditambahkan sebab dapat bereaksi dengan SiO2, SiO2 + CaO                 CaSiO3

proses Thomas (basa)

Lapisan dinding bagian dalam terbuat dari batu tahan api bisa atau dolomit [ kalsium karbonat dan magnesium (CaCO3 + MgCO3)], besi yang diolah besi kasar putih yang mengandung P antara 1,7 – 2 %, Mn 1 – 2 % dan Si 0,6-0,8 %. Setelah unsur Mn dan Si terbakar, P membentuk oksida phospor (P2O5), untuk mengeluarkan besi cair ditambahkan zat kapur (CaO),

3 CaO + P2O5 Ca3(PO4)2 (terak cair)

PROSES  SIEMENS MARTIN

menggunakan sistem regenerator (± 3000 0C.) fungsi dari regenerator adalah:

memanaskan gas dan udara atau menambah temperatur dapur

sebagai Fundamen/ landasan dapur

menghemat pemakaian tempat

Bisa digunakan baik besi kelabu maupun putih,

Besi kelabu dinding dalamnya dilapisi batu silika (SiO2),

besi putih dilapisi dengan batu dolomit (40 % MgCO3 + 60 % CaCO3)

PROSES BASIC OXYGEN FURNACE

logam cair dimasukkan ke ruang baker (dimiringkan lalu ditegakkan)

Oksigen (± 1000) ditiupkan lewat Oxygen Lance ke ruang bakar dengan kecepatan tinggi. (55 m3 (99,5 %O2) tiap satu ton muatan) dengan tekanan 1400 kN/m2.

ditambahkan bubuk kapur (CaO) untuk menurunkan kadar P dan S.

Keuntungan dari BOF adalah:

BOF menggunakan O2 murni tanpa Nitrogen

Proses hanya lebih-kurang 50 menit.

Tidak perlu tuyer di bagian bawah

Phosphor dan Sulfur dapat terusir dulu daripada karbon

Biaya operasi murah

PROSES DAPUR LISTRIK

temperatur tinggi dengan menggunkan busur cahaya electrode dan induksi listrik.

Keuntungan :

Mudah mencapai temperatur tinggi dalam waktu singkat

Temperatur dapat diatur

Efisiensi termis dapur tinggi

Cairan besi terlindungi dari kotoran dan pengaruh lingkungan sehingga kualitasnya baik

Kerugian akibat penguapan sangat kecil

PROSES DAPURKOPEL

mengolah besi kasar kelabu dan besi bekas menjadi baja atau besi tuang.

Proses

pemanasan pendahuluan agar bebas dari uap cair.

Bahan bakar(arang kayu dan kokas) dinyalakan selama ± 15 jam.

kokas dan udara dihembuskan dengan kecepatan rendah hingga kokas mencapai 700 – 800 mm dari dasar tungku.

besi kasar dan baja bekas kira-kira 10 – 15 % ton/jam dimasukkan.

15 menit baja cair dikeluarkan dari lubang pengeluaran.

Untuk membentuk terak dan menurunkan kadar P dan S ditambahkan batu kapur (CaCO3) dan akan terurai menjadi:

akan bereaksi dengan karbon:

Gas CO yang dikeluarkan melalui cerobong, panasnya dapat dimanfaatkan untuk pembangkit mesin-mesin lain.

PROSES DAPUR CAWAN

Proses kerja dapur cawan dimulai dengan memasukkan baja bekas dan besi kasar dalam cawan,

kemudian dapur ditutup rapat.

Kemudian dimasukkan gas-gas panas yang memanaskan sekeliling cawan dan muatan dalam cawan akan mencair.

Baja cair tersebut siap dituang untuk dijadikan baja-baja istimewa dengan menambahkan unsur-unsur paduan yang diperlukan

Tentang BesiBesi adalah logam yang paling luas dan paling banyak penggunaanya. Hal tersebut disebabkan tiga alasan berikut yaitu:

a. Bijih besi relatif malimpah di berbagai penjuru dunia.b. Pengolahan besi relatif murah dan mudah.c. Sifat – sifat besi yang mudah dimodifikasi.

Besi terdapat di alam dalam bentuk senyawa, antara lain sebagai hematit (Fe2O3), magnetit (Fe3¬O4), pirit (FeS2) dan siderit ( FeCO3). Salah satu kelemahan besi adalah mudah mengalami korosi. Korosi menimbulkan banyak kerugian karena mengurangi umur pakai berbagai barang atau bangunan yang menggunakan besi atau baja. Sebenarnya korosi dapat dicegah dengan mengubah besi menjadi baja tahan karat (stainless steel), akan tetapi proses ini terlalu mahal untuk kebanyakan penggunaan besi.

II. Tempat Pengolahan BesiProses pengolahan bijih besi untuk menghasilkan logam besi dilakukan dalam tanur sembur (blast furnace). Tanur sembur berbentuk menara silinder dari besi atau baja dengan tinggi sekitar 30 meter dan diameter bagian perut sekitar delapan meter. Karena tingginya alat tersebut, alat ini sering juga disebut sebagai tanur tinggi.

Adapun bagian dari tanur sembur atau tanur tinggi, sebagai berikut :a. Bagian puncak yang disebut dengan Hopper, dirancang sedemikian rupa sehingga bahan –bahan yang akan diolah dapat dimasukkan dan ditambahkan setiap saat.b. Bagian bawah puncak, mempunyai lubang untuk mengeluarkan hasil – hasil yang berupagas.c. Bagian atas dari dasar (kurang lebih 3 meter dari dasar), terdapat pipa – pipa yang dihubungkan dengan empat buah tungku dimana udara dipanaskan (sampai suhunya kurang lebih 1.100o C). udara panas ini disemburkan ke dalam tanur melalui pipa – pipatersebut.d. Bagian dasar tanur, mempunyai dua lubang yang masing – masing digunakan untuk mengeluarkan besi cair sebagai hasil utama dan terak (slag) sebagai hasil samping.

III. Proses Pengolahan BesiSecara umum proses pengolahan besi dari bijihnya dapat berlangsung dengan urutansebagai berikut:

a. Bahan – bahan dimasukkan ke dalam tanur melalui bagian puncak tanur. Bahan tersebut adalah :

1. Bahan utama yaitu bijih besi yang berupa hematit (Fe2O3 ) yang bercampur dengan pasir (SiO2) dan oksida – oksida asam yang lain (P2O5 dan Al2O3). Batuan – batuan ini yang akan direduksi.2. Bahan – bahan pereduksi yang berupa kokas (karbon).3. Bahan tambahan yang berupa batu kapur (CaCO3) yang berfungsi untuk mengikat zat – zat pengotor.

b. Udara panas dimasukkan di bagian bawah tanur sehingga menyebabkan kokas terbakar.

C(s) + O2(g) CO2(g) H = - 394 kJ

Reaksi ini sangat eksoterm (menghasilkan panas), akibatnya panas yang dibebaskan akanmenaikkan suhu bagian bawah tanur sampai mencapai 1.900o C.

c. Gas CO2 yang terbentuk kemudian naik melalui lapisan kokas yang panas dan bereaksidengannya lagi membentuk gas CO.

CO2(g) + C(s) H = +173 kJ2 CO(g)

Reaksi kali ini berjalan endoterm (memerlukan panas) sehingga suhu tanur pada bagianitu menjadi sekitar 1.300o C.

d. Gas CO yang terbentuk dan kokas yang ada siap mereduksi bijih besi (Fe2O3). Reuksiini dapat berlangsung dalam beberapa tahap, yaitu :1. Pada bagian atas tanur, Fe2O3 direduksi menjadi Fe3O4 pada suhu 500o C.

3 Fe2O3(s) + CO(g) 2 Fe3O4(s) + CO2(g)

2. Pada bagian yang lebih rendah, Fe3O4 yang terbentuk akan direduksi menjadi FeO pada suhu 850o C.

Fe3O4(s) + CO(g) 3 FeO(s) + CO2(g)

3. Pada bagian yang lebih bawah lagi, FeO yang terbentuk akan direduksi menjadi logambesi pada suhu 1.000o C.

FeO(s) + CO(g) Fe(l) + CO2(g)

e. Besi cair yang terbentuk akan mengalir ke bawah dan mengalir di dasar tanur.f. Sementara itu, di bagian tengah tanur yang bersuhu tinggi menyebabkan batu kapur terurai

menurut reaksi:

CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)

g. Kemudian di dasar tanur CaO akan bereaksi dengan pengotor dan membentuk terak (slag) yang berupa cairan kental. Reaksinya sebagai berikut:

CaO(s) + SiO2(s) CaSiO3(l)3 CaO(s) + P2O5(g) Ca3(PO4)2(l)CaO(s) + Al2O3(g) Ca(AlO2)2(l)

h. Selanjutnya, besi cair turun ke dasar tanur sedangkan terak (slag) yang memilikimassa jenis lebih rendah daripaba besi cair akan mengapung di permukaan dan keluar padasaluran tersendiri.

IV. Hasil Pengolahan Besi

1. Besi Kasar (pig iron) atau Besi GubalBesi cair yang keluar dari dasar tanur disebut dengan besi kasar (pig iron). Besi kasar mengandung 95% besi, 34% karbon, sisanya berupa fosfor, silikon dan mangan.

2. Besi Tuang (cast iron) atau Besi CorJika pig iron dibuat menjadi bentuk cetakan maka disebut besi tuang atau besi cor.

3. Besi Tempa (wrought iron)Besi tempam mengandung kadar karbon yang cukup rendah (0,05 – 0,2%). Besi tempa inicukup lunak untuk dijadikan berbagai perlatan seperti sepatu kuda, roda besi, baut,mur, golok, cangkul dan lain sebagainya.