BAB 2LOGAM FERROUS

1. Jelaskan proses pembuatan besi !Jawaban : Proses Pembuatan BesiSecara umum proses pembuatan besi dari bijihnya dapat berlangsung dengan urutan sebagai berikut:1. Bahan bahan dimasukkan ke dalam tanur melalui bagian puncak tanur.Bahan bahan ini berupa: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 terbakarC(s) + O2(g) CO2(g) H = - 394 kJReaksi ini sangat eksoterm (menghasilkan panas), akibatnya panas yang dibebaskan akan menaikkan suhu bagian bawah tanur sampai mencapai 1.900o C.c. Gas CO2 yang terbentu kekmudian naik melalui lapisan kokas yang panas dan bereaksi dengannya lagi membentuk gas CO.CO2(g) + C(s) 2 CO(g) H = +173 kJReaksi kali ini berjalan endoterm (memerlukan panas) sehingga suhu tanur pada bagian itu menjadi sekitar 1.300o C.d. Gas CO yang terbentuk dan kokas yang ada siap mereduksi bijih besi (Fe2O3). Reuksi ini dapat berlangsung dalam beberapa tahap, yaitu:1.) Pada bagian atas tanur, Fe2O3 direduksi menjadi Fe3O4 pada suhu 500C.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 logam besi 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 memiliki massa jenis lebih rendah daripaba besi cair akan mengapung di permukaan dan keluar pada saluran tersendiri.

2. Jelaskan Cara kerja tanur tinggi !Jawaban : Proses pengolahan bijih besi untuk menghasilkan logam besi dilakukan dalam tanur tinggi (blast furnace). Tanur tinggi 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. Bagian bagian dari tanur tinggi adalah 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 berupa gas.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 pipa tersebut.d.Bagian dasar tanur, mempunyai dua lubang yang masing masing digunakan untuk mengeluarkan besi cair sebagai hasil utama dan terak (slag) sebagai hasil samping.Proses Pengolahan BesiSecara umum proses pengolahan besi dari bijihnya dapat berlangsung dengan urutan sebagai berikut:a.Bahan bahan dimasukkan ke dalam tanur melalui bagian puncak tanur.Bahan bahan ini berupa: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) DH = - 394 kJReaksi ini sangat eksoterm (menghasilkan panas), akibatnya panas yang dibebaskan akan menaikkan suhu bagian bawah tanur sampai mencapai 1.900o C.c.Gas CO2 yang terbentu kekmudian naik melalui lapisan kokas yang panas dan bereaksi dengannya lagi membentuk gas CO.CO2(g) + C(s) 2 CO(g) DH = +173 kJReaksi kali ini berjalan endoterm (memerlukan panas) sehingga suhu tanur pada bagian itu menjadi sekitar 1.300o C.d.Gas CO yang terbentuk dan kokas yang ada siap mereduksi bijih besi (Fe2O3). Reuksi ini 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 logam besi 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 memiliki massa jenis lebih rendah daripaba besi cair akan mengapung di permukaan dan keluar pada saluran tersendiri.

3. Jelaskan perbedaan antara besi dan baja !Jawaban : Perbedaan Besi dan BajaPerbedaan besi dan baja terletak pada kandungan paduan karbon (C) yang akan menentukan sifat-sifat lain dari besi dan baja tersebut. Paduan baja yang mengandung lebih banyak karbon dari nilai komersialnya dapat dinamakan besi. Kandungan karbon pada beberapa jenis baja mencapai 0,04 persen sampai 2,0 persen. Besi tuang, besi tuang maleable, pig iron mengandung jumlah karbon sekiar 2-4 persen. Tetapi ada juga besi yang tidak mengandung karbon yaitu white-heart malleable iron.Baja merupakan paduan yang terdiri dari biji besi, karbon dan unsur lainnya. Baja dapat dibentuk melalui pengecoran, pencanaian dan penempaan. Karbon merupakan salah satu unsur terpenting karena dapat meningkatkan kekerasan dan kekuatan baja. Baja merupakan logam yang paling banyak digunakan dalam teknik, dalam bentuk pelat, lembaran , pipa, batang profil dan sebagainya.Pembuatan bahan baku besi dan baja dapat dilakukan dalam blast furnace ang menghasilkan pig iron. Pembuatan langsung juga dapat dilakukan dengan alat revolving kiln yang menghasilkan spong iron.Paduan baja dan besi dapat dikelompokan dalam ferroalloys. Paduan ini dapat menghasilkan jenis-jenis baja. Jumlah paduan yang diunakan dalam pembuatan besi dan baja bervariasi hingga mengandung 20 sampai 80 persen dari elemen paduan. Paduan ini seperti Mangan, Silkon , dan Cromium.

4. Jelaskan komposisi besi karbon rendah dan penggunaannya !Jawaban : Besi karbon rendah ( wrought iron) mengandung < 0,1 %C degan 1-3 % terak halus yang tersebar secara merata di dalamnya. Besi ini merupakan hasil proses pudding atau proses aston. Besi karbon ini dalam perdagangan dibuat dalam plat baja, baja strip dan baja batangan atau profil. Berdasarkan jumlah karbon yang terkandung dalamBesi karbon rendah, maka besi karbon rendah dapat digunakan atau dijadikan sebagai berikut:a) Besi karbon rendah ( low carbon steel ) yang mengandum 0,04 % - 0,10% C untuk dijadikan besi-besi plat atau strip.b) Besia karbon rendah yang mengandung 0,05% C digunakan untuk keperluan badan-badan kendaraan.c) Besi karbon rendah yang mengandung 0,15% - 0,20% C digunakan untuk konstruksi jembatan, bangunan, membuat baut atau dijadikan besi konstruksi.

5. Sebutkan sifat-sifat khusus baja karbon rendah dan uraikan cara pembuatannya !Jawaban : Proses Pembuatan Baja Karbon Rendah (Proses Bassemer)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 ditambahi 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.

6. Apa yang dimaksud dengan :

a. Besi sponsb. Besi Tuangc. Besi Kasard. Besi Core. BajaJawaban : Besi TuangKomposisinya yaitu campuran besi dan karbon. Kadar karbon sekitar 40%, sifatnya rapuh tidak dapat ditempa, baik untuk dituang, liat dalam pemadatan, lemah dalam tegangan. Digunakan untuk membuat alas mesin, meja perata, badan ragum, bagian-bagian mesin robot, blok slinder, dan cincin torakBesi SponsBesi spons adalah logam besi yang dihasilkan dari proses reduksi bijih besi dengan menggunakan suatu reduktor.Besi KasarBesi Kasar atau Pig iron yang mengandungi 4% 5% karbon dengan sejumlah bendasing seperti belerang, silikon dan fosforus. Kepentingannya adalah ia merupakan perantaraan daripada bijih besi kepada besi tuang dan besi waja.Besi CorBesi cor adalah paduan besi-karbon-silika dengan unsur tambahan lain. Kadar karbon tinggi sehingga besi cor bersifat rapuh dan tidak dapt di tempa. Besi cor memiliki sifat fisis atau mekanik yang berbeda-beda, hal ini dipengaruhi oleh unsur paduan yang terdapat didalamnya seperti karbon, silikon, mangan, fosfor dan belerang. Kekuatan, kekerasan, kemampuan mesin, ketahanan aus, dan lain sebagainya dilebur kembali dalam dapur kupola. Besi kasar yang dihasilkan oleh tanur tinggi tidak cocok untuk benda coran dan dilebur kembali dalam dapur kupola.

BajaBaja merupakan alloy besi dan karbon yang merupakan satu dari sedikit bahan terpenting dalam industri, seperti yang kita ketahui, bidang industri ini mempengaruhi dunia secara global. Baja memiliki sifat tahan karat, dan kegunaanya yang sangat penting adalah untuk bidang industri ruang angkasa.

7. Apa yang dimaksud logam dan paduannya serta berikan contoh !Jawaban : Logam dan paduannya adalah salah satu jenis bahan yang sebagian besar diperoleh melalui serangkaian proses pemurnian dan reduksi bijih besi. Contohnya baja karbon, besi tuang, dan besi cor.Besi Tuang

1. Besi tuang kelabu1. Besi tuang potih1. Besi tuang noduler1. Besi tuang paduan2-4% C, 1-3% Si, 0,8 % Mn (maks), 0,10 % P (maks), 0,05% S (maks)Disamping terdapat perbedaan yang kecil dari segi komposisi, perbedaan sifat-sifat besi tunag ditentukan oleh strukutur mikro karena proses pembutan atau karena proses perlakuan panas.Elemen-elemen pemadu: Cr, Ni

8. Apa yang dimaksud dengan baja dan paduannya, serta berikan contoh!Jawab : Baja dan paduannya adalah bahan yang memiliki komposisi unsur-unsur paduan khusus atau ditambahkan dengan unsur-unsur lain. Contohnya baja mangan, baja nikel, baja kroomium, dan stainless steelBaja Paduan1. Baja paduan rendah

1. Baja paduan medium

Seperti pada baja karbon rendah + elemen-elemen pemadu kurang dari 4% SEPERTI Cr, Ni, Mo, Cu, Al, Ti, V, Nb, B, W, dllSeperti pada baja paduan rendah tetapi jumlah elemen-elemen pemadu di atas 4%