PROSES PEMBUATAN BAJA DAN BESI TUANG

A.    BAJA DAN PROSES PEMBUATANNYABaja 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.Dan umumnya baja juga menjadi bahan pelapis rompi anti peluru, yang dimana baja menjadi bahan pelapis bahan inti rompi tersebut, yaitu bahan milik Kevlar.

1) Sejarah Penemuan BajaTeknik 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.

2) Proses pembuatan bajaBaja diproduksi didalam dapur pengolahan baja dari besi kasar baik padat maupun cair, besi bekas ( Skrap ) dan beberapa paduan logam.  Keseluruhan proses dapat dibagi menjadi beberapa tahapan pengerjaan :

- Ijih besi menjadi besi kasar (pig iron) atau besi spons(sponge iron)- Pengolahan besi kasar/besi spongs menjadi baja antara lain ingot atau bilet/slab/bloom- Pengolahan bentuk menjadi benda setengah jadi /baku berbentuk plat, strip, sklep, batang kawat, batang profil, dll.- Pengolahan lanjut bentuk setengah jadi menjadi menjadi bentuk yang lain misalnya, kawat, pipa, sheet, tin plated sheet, dll.

Keseluruhan proses itu dapat dilakukan pada satu lokasi pabrik baja yang besar dan dapat pula dilakukan pada sejumlah pabrik yang terpisah. Misalnya ada pabrik yang hanya mengerjakan dri billet sampai suatu barang setengah jadi.

Gambar contoh proses pembuatan baja

Proses pertama1. Komponen dasar : iron ore (biji besi), limestone (tanah kapur), coke (dibuat dari coal, khusus

untuk pembuatan steel) dimasukkan ke dalam blast furnance.2. Coke : bahan bakar untuk furnance, dibuat dari coal dengan proses tertentu.3.   Cairan besi : (molten metal) yang panas di dalam furnance terpisah menjadi 2 bagian, yang

atas adalah slag (wasted,impurities), dan yang bawah adalah besi yang hendak dipakai. Besi yang dihasilkan ini kemudian dicetak menjadi pig iron. Kadar C dalam pig iron bisa mencapai 2 %

Proses kedua1. Pig iron dimasukkan ke dalam primary steelmaking furnace, bisa berupa oxygen furnace,

electric arc furnace, atau open hearth furnace. Ke dalam furnace ini, berbagai bahan kimia ditambahkan untuk mendapatkan material properties yang diinginkan. Seringkali scrap juga dimasukkan ke dalam furnace ini.

2. Didalam proses dengan oksigen, carbon di dalam molten metal bereaksi dengan oksigen mmenghasilkan gas karbonmonoksida. Gas ini harus keluar, kalau tidak akan membentuk gas pockets (rimming) saat menjadi dingin (rimmed steel). Untuk menghindari, digunakan doxidizer : silicon, aluminum baja yang dihasilkan: killed steel atau semi-killed steel.

3. Baja yang dihasilkan dicetak dalam bentuk slab, blom, atau billet.

Proses ketiga

1. Baja yang telah dicetak dalam bentuk slab, blom, atau billet tersebut selanjutnya dibentuk menjadi berbagai macam profit seperti H-beam, angle (siku), channel, rel kereta, pelat, pipa (seamless pipe), dsb.

B.     PROSES PEMBUATAN BAJA DENGAN PROSES KONVERTORKonvertor adalah bejana yang berbentuk bulat lonjong terbuat dari pelat baja. Bagian dalam dilapisi dengan batu tahan api yang berfungsi untuk menyimpan panas yang hilang sekaligus menjaga supaya pelat baja tidak lekas aus. Bejana tersebut dapat diputar pada kedua porosnya. pada bagian bawah konvertor terdapat saluran-saluran yang berdiameter antara 15 - 20 mmsebanyak 120 - 150 buah. Melewati poros yang satu dialirkan udara yang bertekanan 1.5 - 2 atmosfer. Sedangkan pada poros yang lain dihubungkan dengan roda gigi untuk mengatur kedudukan konvertor.

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:a. Dipanaskan dengan kokas sampai suhu 15000C.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.

Proses Bessemer diinginkan baja bersifat asam sehingga batu tahan apinya harus bersifat asam (Misal : kwarsa atau aksid asam SiO2). 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 1250  ke 1650 . Dari reaksi di atas akan terbentuk terak asam kira-kira 40 - 50% Si O2. 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.

Pada periode ke dua ini unsur C akan terbakar oleh panas FeO dengan reaksi yang 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 mengikatO2 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.Berat logam pada proses Bessemer ini akan berkurang + 8 – 12%.

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

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 converter 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 oC - 1420oC.

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

C.    PROSES PEMBUATAN BAJA DENGAN TANUR OKSIGEN BASAHa)      Proses Peleburan Baja Dengan BOF

Proses ini menempati 70% proses produksi baja di Amerika Serikat. Merupakan modifikasi dari proses Bessemer. Proses Bessemer menggunakan uap air panas ditiupkan pada besi kasar cair untuk membakar zat kotoran yang tersisa. Proses BOF memakai oksigen murni sebagai ganti uap air. Bejana BOF biasanya berdiameter dalam 5m mampu memproses 35 – 200 ton dalam satu pemanasan.Peleburan Baja Dengan BOF ini juga termasuk proses yang paling baru dalam industri pembuatan baja. Konstruksi tungku BOF relative sederhana, bagian luarnya dibuat dari pelat baja sedangkan dinding bagian dalamnya dibuat dari bata tahan api (firebrick).Proses tanur oksigen basa ( Basix Oxygen Furnace, BOF) menggunakan besi kasar cair (65 – 85%) yang dihasilkan oleh tanur tinggi sebagai bahan dasar utama dicampur dengan besi bekas (skrap baja) sebanyak (15 – 35%), batu kapur dan gas oksigen (kemurnian 99,5%). Panas ditimbulkan oleh reaksi dengan oksigen. Gagasan ini dicetuskan oleh Bessemer sekitar tahun 1800.Gambar sketsa sebuah tungku BOF.Besi bekas sebanyak ± 30% dimasukkan kedalam bejana yang dilapisi batu tahan api basa. Logam panas dituangkan kedalam bejana tersebut. Suatu pipa aliran oksigen yang didinginkan dengan air dimasukkan  kedalam bejana 1 sampai 3 m diatas permukaan logam cair. Gas oksigen akan mengikat karbon dari besi kasar berangsur – angsur turun sampai mencapai tingkat baja yang dibuat. Proses oksidasi berlangsung terjadi panas yang tinggi sehingga dapat menaikkan temperatur logam cair sampai diatas 1650 C. Pada saat oksidasi berlangsung ke dalam tungku ditambahkan batu kapur. Batu kapur tersebut kemudian mencair dan bercampur dengan bahan – bahan impuritas (termasuk bahan – bahan yang  teroksidasi) membentuk terak yang terapung diatas baja cair. Bila proses oksidasi selesai maka aliran oksigen dihentikan dan pipa pengalir oksigen diangkat / dikeluarkan dari tungku. Tungku BOF kemudian dimiringkan dan benda uji dari baja cair diambil untuk dilakukan analisa komposisi kimia. Bila komposisi kimia telah tercapai maka dilakukan penuangan (tapping). Penuangan tersebut dilakukan ketika temperature baja cair sekitar 1650 C. Penuangan dilakukan dengan memiringkan perlahan – lahan sehingga cairan baja akan tertuang masuk kedalam ladel. Di dalam ladel biasanya dilakukan skimming untuk membersihkan terak dari permukaan baja cair dan proses perlakuan logam cair (metal treatment). Metal treatment tersebut terdiri dari proses pengurangan impuritas dan penambahan elemen – elemen pemadu atau lainnya dengan maksud untuk memperbaiki kualitas baja cair sebelum dituang ke dalam cetakan. Jenis Baja yang dihasilkan oleh proses ini adalah Baja karbon & Baja paduan 0,1 % < c < 2,0 %

b)      Kelebihan proses BOF dibandingkan proses pembuatan baja lainnya :- Dari segi waktu peleburannya yang relatif singkat yaitu hanya berkisar sekitar 60 menit untuk setiap proses peleburan.-          Tidak  perlu  tuyer dibagian bawah.-          Phosphor  dan Sulfur dapat terusir dulu daripada karbon.-          Biaya operasi murah.

D.    PROSES PEMBUATAN BAJA DENGAN OPEN HEATH FURNACEPada 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 pintu 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.

Proses Basic Open-Hearth

Pada proses basic open-hearth ini, mula-mula ke dalam dapur dimasukkan baja bekas (scarap steel) yang ringan kemudian baja bekas yang berat. Setelah itu ditambahkan bahan tambah (batu kapaur) dan bijih besi yang diperlukan untuk membentuk terak pertama. 

Pada akhir proses peleburan, sebagian Phospor (P) yang terdapat dalam besi mentah akan berubah menjadi terak.

Untuk menjaga agar terak tidak masuk/berekasi kembali dengan logam cair, maka kira-kira 40% - 50% terak tersebut lekas dikeluarkan dan juga perlu ditambahkan batu kapur untuk membentuk terak yang baru. Sebagian Sulfur (S) dapat dikeluarkan dari logam dengan reaksi:Reaksi ini diikuti dengan kenaikan temperatur yang tinggi dan terak CaS yang terjadi berupa terak basa.

Macam-macam baja paduan dapat dihasilkan dalam open-hearth furncae, yaitu dengan menambahkan bahan paduan yang dikehendaki seperti : tembaga, chrome, nikel dan sebagainya. Untuk deoxidasi terakhir, biasanya dengan menambahkan Alumunium ke dalam kowi tempat menampung/mengetap baja cair yang dihasilkan agar kadar silicon dapat dibatasi. Pertama-tama baja bekas dan batu kapur dimasukkan ke dalam dapur. Kemudian dipanaskan sampai temperatur yang cukup, lalu bahan isian cair dimasukkan lewat pintu pemasukan. Reaksi kimia terjadi serupa dengan di atas.

 Proses Acid Open-Hearth

Proses acid open-hearth membutuhkan bahan isian berkualitas lebih baik dengan kadar Phospor P < 0,03% dan kadar Sulphur S < 0,03%. Proses ini biasanya memakai bahan isian padat dengan 30 - 50 % berat baja bekas. Kandungan Silicon dipertahankan < 0,6%, kandungan Silicon ini perlu dipertahankan dalam kadar yang rendah sebab pada akhir periode pemanasan, kandungan Silicon akan naik.Pada proses ini, biji besi tidak boleh ditambahkan pada bahan isian, dimana hal itu dapat menimbulkan reaksi dengan Silica pada bagian tungku berupa 2FeO.SiO2. Setelah pengisian dan pemanasan, besi, Silicon dan Mn dioksidasi dan bersatu dengan bahan tambah dan membentuk terak pertama (+ 40% SiO2).

 Efisiensi Ekonomis Operasi Open-Hearth Furnace

Faktor-faktor ekonomis yang utama pada operasi Open-hearth furnace adalah :

Pemakaian bahan bakar setiap ton berat baja yang dihasilkan. Produksi baja dalam ton berat, setiap m2 luas tungku dalam tiap 24 jam. Pemakaian bahan bakar setiap berat baja cair tergantung pada banyak faktor, antara lain :

a. Komposisi bahan isian (charge)b. Thermal capacity dari dapur.

Pada prakteknya diperlukan panas 700 - 1400 Kcal untuk setiap kg baja. Untuk keperluan ini biasa digunakan bahan bakar + 10 -25 % dari berat baja yang dihasilkan. Untuk bahan isian cair akan memerlukan bahan bakar yang sedikit dibandingkan dengan bila bahan isian padat. Produksi baja dalam ton tiap m2 luasan tungku dihitung berdasarkan produksi out put dapur dalam ton berat dibagi luasan tungku Q/m2.

Cara untuk menaikkan efisiensi ekonomis adalah dengan cara menggunakan udara yang banyak mengandung Oksigen untuk membakar bahan bakar. Dengan cara ini, temperatur nyala api (flame) dapat naik sehingga radiasi dari nyala api dapat bertambah dan pembakaran dapat lebih sempurna.

Dengan penambah Oksigen ini akan dapat pula mengurangi kadar Carbon ( C ) dalam baja. Dengan cara ini produksi dapat naik + 25 - 30 %. Dengan memakai “Auotmatic control”, akan menaikan efisiensi bb (5%); output (8%); umur lapisan dalam (9%).

E.     PELEBURAN BAJA DALAM DAPUR LISTRIK (EAF)Pengertian Electric Arc furnance  (EAF)

Tanur Busur Listrik (EAF) adalah peralatan / alat yang digunakan untuk proses pembuatan logam / peleburan logam, dimana besi bekas dipanaskan dan dicairkan dengan busur listrik yang berasal dari elektroda ke besi bekas di dalam tanur.Ada dua macam arus listrik yang bisa digunakan dalam proses peleburan dengan EAF, yaitu arus searah (direct current  ) dan arus bolak – balik ( alternating current). Dan yang biasa digunakan dalam proses peleburan adalah arus bolak-balik dengan 3 fase menggunakan electroda graphite.Salah satu kelebihan EAF dari basic oxygen furnance adalah kemampuan EAF untuk mengolah scrap menjadi 100 % baja cair. Menurut survei sebanyak 33% dari produksi baja kasar (crude steel) diproduksi menggunakan Tanur busur listrik (EAF). Sedangkan kapasitas porduksi dari EAF bisa mencapai 400 ton. Kelebihan lain dari EAF ini adalah energi yang dikeluarkan busur listrik terhadap logam bahan baku sangant besar, menyebabkan terjadinya okisdasi besar pada logam cair. Hal ini menyebabkan karbon yang terkandung di dalam logam bahan baku teroksidasi sehingga kadar karbon dalam logam tersebut menjadi berkurang. Bentuk fisik dari dapur (EAF) ini cukup rendah sehingga dalam hal pengisian bahan bakunya pun sangat mudah. Dalam hal pengoperasiannya pun EAF juga tidak terlalu sulit karena hanya memerlukan beberapa orang operator yang memantau proses peleburan dan penggunaan listrik pada dapur tersebut.

Gambaran UmunStruktur dari Tanur busur listrik adalah Tungku oval (bagian bawah), dinding tanur yang berbentuk selinder, dan tutup tanur yang bisa bergerak menutup dan membuka untuk proses pengisian. Pada tutup tanur terdapat 3 buah lubang yang merupakan dudukan elektroda grafit, yang terdiri dari mekanisme penjepit elektroda. Sedangkan elektroda tidak bertopang pada tutup tanur melainkan bertopang pada rangka tersendiri dan rangka tersebut memiliki mekanisme pengangkat dan untuk menurunkan elektroda pada posisi – posisi yang dapat diatur pada waktu pengoperasian. Untuk mengurangi rugi kalor (heat loses) pada tutup tanur, maka tutup tanur dilapis dengan isolator panas.

Pada dinding pelindung tanur terdapat batu tahan api sebagai isolator panas bagian dalam yang dihasilkan tanur tersbut. Pada dinding tanur ini tidak diperlukan lagi lining karena pada bagian ini tidak lagi bersentuhan dengan cairan. Sedangkan kotruksi luar dari dinding di tutupi oleh pelat baja dengan ketebalan tertentu. Pada dinding bagian luar ini juga terdapat sistem pendingin yang menggunakan fluida air sebagai media pendinginan.

Pada bagian tungku oval (spherical hearth)  terdapat 3 lapisan yaitu lapisan lining kemudian lapisan batu tahan api dan sebagai kontruksi bagian luar digunakan pelat baja dengan ketebalan tertentu. Pada bagian ini juga terdapattapping spout atau yang lebih dikenal dengan istilah saluran penuangan, yang digunakan untuk proses penungan cairan yang akan di cetak atau diatur komposisinya di ladle furnance. Pada bagian yang berhadapan dengan tapping spout adalah slaging door atau yang lebih dikenal dengan pintu slag, yang digunakan untuk mengeluarkan slag.Untuk mengatur posisi penuangan dan pengeluaran slag,  terdapat mekanisme pada dasar bagian luar tanur yang berbentuk roda gigi berpasangan yang digerakkan oleh screw bar.

Banyak tipe dapur listrik yang digunakan, tetapi secara praktek hanya tipe berikut yang digunakan dalam industry pembuatan baja :

1. AC direct-arc electric furnace (dapur busur listrik – arus bolak balik)2. DC direct-arc electric furnace (dapur busur listrik – arus searah )

3. Induction electric furnace (dapur induksi)

Pada dapur busur listrik – arus bolak balik, arus melewati suatu elektroda turun ke bahan logam melalui suatu busur listrik, kemudian arus tersebut dari bahan logam mengalir keatas melalui busur listrik melalui busur listrik menuju elektroda lainnya. Untuk peleburan baja dapat dilakukan arus satu, dua atau tiga fasa. Umumnya digunakan arus 3 fasa.

Dalam dapur listrik – arus searah, arus listrik melewati satu elektroda turun kebahan yang akan dilebur melelui busur listrik, yang kemudian mengalir menuju elektroda pasangannya yang berada dibawah dapur.

Dapur listrik ini dikembangkan oleh Dr. Paul Heroult ( USA ). Dapur busur listrik Heroult yang pertama dibuat untuk memproduksi baja, dibangun oleh Halcomb steel company di Syracuse, New York pada tahun 1906.Gambar 1. Skema penampang dapur busur listrik – arus bolak balik.

Pada dapur induksi, arus listrik diinduksikan kedalam baja dengan osilasi medan magnet. Berdasarkan frekwensinya, dapur induksi dikelompokkan sebagai berikut:

1. Dapur induksi frekwensi rendah. Menggunakan prinsip trafo, dimana bahan logam yang akan dilebur bertindak sebagai kumparan sekunder, sedang gulungan dengan inti besi bertindak sebagai kumparan primer.

2. Dapur induksi frekwensi medium atau tinggi. Arus dengan frekwensi mediumatau tinggi dilewatkan kumparan yang meliliti bejana ( crucible ) yang berisi bahan logam yang akan dilebur.

Dapur listrik dapat digunakan untuk pembuatan baja, baik dengan proses asam maupun basa. Hampir semua dapur listrik yang digunakan untuk melayani produksi ingot baja, baja cetak kontinya dan industry pengecoran saat ini menggunakan pelapis bata tahan api basa.

Dapur listrik dapat digunakan untuk memproduksi hampir semua jenis baja. Untuk kapasitas dibawah 1.500.000 ton/tahun, dapur listrik lebih ekonomis digunakan daripada kombinasi blast furnace dan proses oxygen steel makingbasa. Hal tersebut khususnya berlaku pada daerah dimana tersedia banyak scrap dan harga tenaga listrik yang murah. Dapur listrik lebuh fleksibel untuk melayani operasi produksi yang intermittent ( misal, akibat permintaan pasar yang fluktuatif ).

Dapur listrik mempunyai keterbatasan antara lain sebagai berikut  :1. Tidak mampu memproduksi baja dengan kandungan unsure residual rendah dari scrap yang

mempunyai unsure residual yang tinggi.2. Satu dapur listrik tidak dapat melayani secara kontinyu dan berurutan satu mesin cetak

kontinyu ( minimum diperlukan 2 dapur listrik )3. Dapur listrik tidak ekonomis digunakan untuk produksi melebihi 1.500.000 ton baja/tahun,

pada satu daerah.Kandungan nitrogen dalam baja biasanya dua kali lebih tinggi daripada baja yang dihasilkan oleh proses oxygen steel making, baik basa maupun asam.

F.     BESI TUANG

A.    Pengertian Besi Tuang

Besi tuang dapat di definisikan sebagai logam campuran dari besi yang mengandung unsur karbon di atas 1,7 (biasanya mengandung unsur karbon sekitar 2,4 - 4,2%)

B.     Proses Pembuatan Besi TuangTerlihat dari gambar di atas bahwa bahan baku awal dalam pembuatan besi adalah biji

besi (iron core). Biji besi yang didapatkan dari alam umumnya merupakan senyawa besi dengan oksigen seperti hematite (Fe2O3);magnetite (Fe3O4); limonite (Fe2O3); atau siderite (Fe2CO3). Pembentukan senyawa besi oksida tersebut sebagai proses alam yang terjadi selama beribu-ribu tahun. Kandungan senyawa besi dibumi ini mencapai 5 % dari seluruh kerak bumi ini.

Penambangan biji besi tergantung keadaan dimana biji besi tersebut ditemukan. Jika biji besi ada di permukaan bumi maka penambangan dilakukan dipermukaan bumi (open-pit mining), dan jika biji besi berada didalam tanah maka penambangan dilakukan dibawah tanah (underground mining). Karena biji besi didapatkan dalam bentuk senyawa dan bercampur dengan kotoran-kotoran lainnya maka sebelum dilakukan peleburan biji besi tersebut terlebih dahulu harus dilakukan pemurnian untuk mendapatkan konsentrasi biji yang lebih tinggi (25 - 40%). Proses pemurnian ini dilakukan dengan metode : crushing, screening, dan washing (pencucian). Untuk meningkatkan kemurnian menjadi lebih tinggi (60 - 65%) serta memudahkan dalam penanganan berikutnya, dilakukan proses agglomerasi dengan langkah-langkah sebagai berikut :

  Biji besi dihancurkan menjadi partikel-partikel halus (serbuk).  Partikel-partikel biji besi kemudian dipisahkan dari kotoran-kotoran dengan cara pemisahan

magnet  (magnetic separator) atau metode lainnya.  Serbuk biji besi selanjutnya dibentuk menjadi pellet berupa bola-bola kecil berdiameter antara

12,5 - 20 mm.  Terakhir, pellet biji besi dipanaskan melalui proses sinter/pemanasan hingga temperatur

1300 oC agar pellet tersebut menjadi keras dan kuat sehingga tidak mudah rontok.

1.       Proses ReduksiPada 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: blast furnaceTerak 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 TinggiProses 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 : 

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) dengan reaksi sebagai berikut : 

Gas reduktor tersebut digunakan untuk mereduksi pellet :Gambar:  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 langsung1. Reaksinya berbeda,pada reduksi tidak langsung Fe diperoleh dari beberapa tahap reaksi, pada

reduksi langsung dengan1 tahap reaksi sudah dapat diperoleh Fe murni.2. 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)

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

4. 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).Proses Reduksi Tidak Langsung

Proses ini dilakukan dengan menggunakan tungku pelebur yang disebut juga tanur tinggi (blast furnace). Sketsa tanur tinggi diperlihatkan pada gambar 2. Biji besi hasil penambangan dimasukkan ke dalam tanur tinggi tersebut dan didalam tanur tinggi dilakukan proses reduksi tidak langsung yang cara kerjanya sebagai berikut :Bahan bakar yang digunakan untuk tanur tinggi ini adalah batu bara yang telah dikeringkan (kokas). Kokas dengan kandungan karbon (C) diatas 80%, tidak hanya berfungsi sebagai bahan bakar, tetapi juga berfungsi sebagai pembentuk gas CO yang berfungsi sebagai reduktor. Untuk menimbulkan proses pembakaran maka ke dalam tanur tersebut ditiupkan udara dengan menggunakan blower (gambar 2) sehingga terjadi proses oksidasi sebagai berikut :

2C + O2                          2CO + Panas

Gas CO yang terjadi dapat menimbulkan reaksi reduksi terhadap biji yang dimasukkan ke dalam tanur tersebut. Sedangkan panas yang ditimbulkan berguna untuk mencairkan besi yang telah tereduksi tersebut.

Untuk mengurangi kotoran-kotoran (impuritas) dari logam cair, ke dalam tanur biasanya ditambahkan sejumlah batu kapur (limestone). Batu kapur tersebut akan membentuk terak (slag) dan dapat mengikat kotoran-kotoran yang ada didalam logam cair. Karena berat jenis terak lebih rendah dari berat jenis cairan besi maka terak tersebut berada dipermukaan logam cair sehingga dapat dikeluarkan melalui lubang terak

Besi hasil proses tanur tinggi ini disebut juga besi kasar (pig iron). Besi kasar ini merupakan bahan dasar untuk membuat besi tuang (cast iron) dan baja (steel). Komposisi kimia unsur-unsur pemadu dalam besi kasar ini terdiri dari 3-4%C; 0,06-0,10%S; 0,10-0,5%P; 1-3 %Si dan sejumlah unsur-unsur lainnya, sebagai bahan impuritas. Karena kadar karbonnya tinggi, maka besi kasar mempunyai sifat yang sangat rapuh dengan kekuatan rendah serta menampakkan wujud seperti grafit.

Untuk pembuatan besi tuang, besi kasar tersebut biasanya dicetak dalam bentuk lempengan-lempengan(ingot) yang kemudian di lebur kembali oleh pabrik pengecoran (foundry).

Proses Peleburan Besi Tuang

Dalam pemakaian di industri, ada tiga jenis besi tuang yang banyak digunakan, yaitu : besi tuang kelabu(grey cast iron), besi tuang ulet atau besi tuang nodular (nodular cast iron) dan besi tuang putih (white cast iron).Ketiga jenis besi tuang ini mempunyai komposisi kimia yang hampir sama yaitu : 2,55 - 3,5 %C, 1-3 %Si, Mn kurang dari 1% sedangkan S dan P dibatasi antara 0,05-0,10 % (maksimum).

Walaupun komposisi kimianya hampir sama, tetapi karena prosesnya berbeda maka struktur dan sifat-sifat dari ketiga besi tuang tersebut berbeda.

D.    Macam-macam besi tuang

Besi tuang digolongkan dalam dua kelompok utama yaitu :a.       Besi tuang yang mengandung grafit (besi tuang kelabu).b.      Besi tuang yang tidak mengandung grafit (besi tuang putih).

Besi tuang kelabuBahan untuk membuat besi tuang kelabu adalah besi kasar kelabu. Besi kasar kelabu

mempunyai kandungan silisium yang tinggi antara 1,5 – 5,5 % dan kadar mangan yang rendah. Dengan kandungan silisium yang tinggi akan meningkatkan terbentuknya zat arang bebas, sehingga setelah pendingin, besi tuang kelabu mengandung grafit. Grafit muncul

dalam besi sebagai pelat-pelat tipis yang disebut lamel grafit. Bentuk dan banyaknya lamel grafit tergantung dari campuran kimiawi dan kecepatan pendinginannya. Silikon (Silisium) dan pendinginan yang lambat akan menaikkan pembentukan grafit. Sedangkan mangan dengan pendinginan yang cepatakan mengurangi pembentukan grafit. Lamel grafit mempunyai sifat lunak, kekuatan tarik rendah, regangan kecil, dapat menerima gaya tekan yang besar, meredam suara dan getaran. Besi tuang kelabu terdiri atas perlit dan grafit. Perlit (pearlit) terdiri atas ferrit dan cementit.

Selain besi tuang berlamel grafit, masih ada dua jenis dari besi tuang kelabu yaitu : besi tuang mekanik atau besi tuang berlamel grafit halus, dan besi tuang speroidical atau besi tuang bergrafit bola.

a.       Besi tuang mekanik adalah besi tuang yang sepenuhnya terdiri atas grafit halus. Besi tuang mekanik mempunyai sifat tahan gesekan, mempunyai kekuatan kejut yang tinggi dan dapat dikeraskan.

b.      Besi tuang grafit bola juga sering disebut dengan nama besi nodular atau besi ductile. Besi tuang ini mengandung grafit yang berbentuk bola bundar, bagian tepinya tidak tajam dan strukturnya lebih bersambung. Dengan adanya penambahan sedikit logam magnesium (Mg) pada besi cair sebelum penuangan, grafit akan berada dalam bentuk bola.

BESI TUANG PUTIHBesi tuang putih mempunyai bidang patahan berwarna putih, yang disebabkan oleh

sementit yang putih. Bahan baku untuk pembuatan besi tuang putih adalah besi kasar putih. Besi kasar putih memiliki kandungan silisium yang rendah kurang dari 0,5 % dan kadar mangan yang rendah. Karena kadar silisium yang rendah menyebabkan hanya terbentuk sementit dan pearlit. Dengan demikian besi tuang putih setelah didinginkan hanya terdiri atas pearlit dan sementit.

Termasuk didalam kelompok besi tuang putih adalah sebagai berikut :

Ø  Besi tuang tempa ada dua macam yaitu besi tuang black heart dan besi tempa white heart.

Ø  Besi tuang tempa black heart dibuat dari besi tuang putih dengan kandungan silisium yang rendah, dipanaskan hingga temperatur + 9000 C, dalam dapur yang selalu bebas dari oksigen di sekitarnya. Besi tuang putih tersebut dimasukkan perlahan-lahan kedalam daerah pemanasan menggunakan rangka bakar yang bergerak. Waktu pemanasan selama + 48 jam. Pemanasan yang diperpanjang ini menyebabkan sementit hancur menjadi lapisan grafit yang kasar, karbon akan mengumpul seperti bunga mawar pada temper karbon. Permukaan pecahan tampak gelap karena kandungan karbon, sebab itulah besi tuang ini disebut black heart. Oleh karena strukturnya terdiri atas temper karbon dan ferrite, maka menjadi lunak dan ulet (ductile). Besi tuang tempa black heart sering digunakan dalam industri mobil karena campuran antara sifat tuangan tahan getaran dan dapat dikerjakan dengan mesin.

Ø  Besi tuang tempa white heart dibuat dari besi tuang putih yang berkadar silisium rendah. Dalam proses pembuatannya besi tuang putih ini dipanaskan hingga temperatur + 1000 C selama 100 jam dan dihubungkan pada bahan oksidasi, seperti misalnya bijih besi merah atau hemetit (Fe2O3). Selama proses pemanasan, karbon pada permukaan tuangan dioksidasikan oleh bijih hematite dan akan hilang sebagai gas karbon dioksi (CO2). Sesudah prose ini selesai pada bagian yang tipis hanya akan mengandung ferrit dan pada bagian pecahan akan memberikan warna besi putih yang disebut white heart. Proses pembuatan besi tuang tempa white heart ini cocok untuk mengerjakan bagian-bagian tipis yang dikehendaki keuletan tinggi.

Ø  Besi tuang keras dibuat dari besi kasar kelabu yang memiliki kadar  silisium yang tinggi antara 1,5 – 5,5 % dan kadar mangan yang rendah. Besi tuang keras mempunyai lapisan luar yang tahan aus dan sangat keras, tetapi bagian inti kurang keras dan kenyal. Pada proses pembuatannya, benda tuang didinginkan secara cepat pada bagian luarnya, sedangkan bagian intinya didinginkan secara perlahan-lahan. Untuk memperoleh kecepatan pendinginan yang besar pada bagian luar prose penuangan dilakukan dengan cara menuang ke dalam cetakan yang terbuat dari logam seluruhnya.

Ø  Dengan cara pendinginan seperti ini benda tuang memperoleh lapisan luar yang terdiri atas besi tuang putih dan bagian inti yang terdiri atas baja tuang campuran sampai ferrit. Besi tuang keras banyak dipakai untuk pembuatan rol pada mesin cetak, mesin gilingan padai, dan mesin penggiling karet.

Sifat Besi Tuang

-           Keras dan mudah melebur/mencair-           Getas, sehingga tidak dapat menahan benturan-           Temperatur leleh 1250 derajat .-           Tidak berkarat-           Tidak dapat diberi muatan magnit-           Dapat dikeraskan dgn cara dipanasi kemudian didinginkan secara mendadak-           Menyusut waktu pendinginan/waktu dituang

-             Kuat dalam menahan gaya tekan, lemah dalam menahan tarik kuat tekan sekitar 600 Mpa, kuat tarik 50 Mpa

-             Tidak dapat disambung dengan las dan paku keling, disambung dengan baut dan sekrup.

F.      Pemakaian Besi Tuang

-           Pipa yang menahan tekanan dari luar sangat tinggi-           Tutup lubang saluran drainasi dan alat saniter lain-           Bagian struk rangka yang menahan gaya tekan-           Bagian mesin, blok mesin-           Pintu gerbang,tiang lampu-          Sendi, rol jembatan

-          Kerangka mesin, seperti mesin bubut, mesin ketam, dan alat pengepres.-          Puli sabuk-v dalam motor dan mesin-          Pipa saluran.-          Pintu gerbang, tiang lampu dan sebagainya

G.    Kelebihan Besi Tuang

Dibandingkan dengan baja tuang, ada beberapa keunggulan besi tuang ini, misalnya:•         Hasilnya akan lebih murah dibandingkan dengan baja tuang•         Temperatur peleburan lebih rendah, oleh karena itu “Dapur Kupola” dapat dipakai.•         Besi tuang cair akan lebih baik mengalirnya, sehingga dapat mengisi rongga-rongga

cetakan (mould) dengan lebih sempurna.•         Hasilnya siap untuk dikerjakan lebih lanjut.•         Menghasilkan kombinasi kekuatan tarik dan tekan yang baik•         Tahan terhadap keausan, gerusan, dll.•         Tidak berkarat.

H.    Kekurangan Besi TuangDibandingkan dengan baja tuang, ada beberapa kekurangan besi tuang ini, misalnya:

•         Tidak dapat di tempa.•         Tidak dapat disambung dengan paku keling atau dilas, dua buah besi tuang hanya

dapat     disambung dengan baut dan sekrup.•         Tidak dapat diberi muatan magnet•         Getas sehingga tidak dapat menahan lenturan