PELEBURAN BAJA DENGAN METODE BASIC OXYGEN FURNACE

1. Latar BelakangSecara umum logam bisa dibedakan atas dua yaitu : logam besi (ferous) dan logam-logam bukan besi (non feorus). Sesuai dengan namanya logam-logam besi adalah logam atau paduan yang mengandung besi sebagai unsur utamanya, sedangkan logam-logam bukan besi adalah logam yang tidak atau sedikit sekali mengandung besi. Besi atau Fe terdapat di alam sebagai oksida atau bijih besi. Logam besi sebagian besar diperoleh melalui serangkaian proses pemurnian dan reduksi bijih besi. Melalui proses ini diperoleh lelehan besi mentah atau pig iron yang masih mengandung pengotorpengotor, terutama, karbon, silkon, mangan, sulfur, dan fosfor.Dalam penggunaannya pada bidang teknik diharuskan memilih bahan logam yang sesuai dengan keperluan aplikasi dalam hal kekuatan, kekerasan, kekuatan lelah, ketahan korosi dan sebagainya sehingga dalam pemakaiannya akan memberikan hasil yang paling optimal.Sifat-sifat yang diperlukan di dalam aplikasi sangat dipengaruhi oleh struktur bahan tersebut, sedangkan struktur yang terbentuk dipengaruhi oleh komposisi kimia, teknik/proses pembuatan serta proses perlakuan panas yang diberikan kepada logam tersebut.Baja adalah logam campuran (alloy) yang tediri dari besi (Fe) dan karbon (C). Jadi, baja berbeda dengan besi (Fe), aluminium (Al), seng (Zn), tembaga (Cu), dan titanium (Ti) yang merumpakan logam murni. Proses peleburan baja dapat dilakukan dengan menggunakan bahan baku berupa besi kasar (pig iron) atau berupa besi spons (sponge iron). Disamping itu bahan baku lainnya yang biasanya digunakan adalah skrap baja dan bahan bahan penambah seperti ingot ferosilikon,feromangan, dan batu kapur.Pembuatan baja ini dapat dilakukan dengan empat proses, yaitu dengan proses Bassemer, proses Open Hearth Furnance (proses terbuka) dan proses BOP (Basic Oxygen Process). Pada laporan ini akan menjelaskan proses pembuatan baja dengan Basic Oxygen Process.

2. Tinjauan PustakaProses pembuatan baja umumnya berlangsung di tungku oksigen-basa (Basic Oxygen Furnace). Bahan-bahan utama yang digunakan dalam proses peleburan dengan BOF adalah : besi kasar cair (65-85%), skrap baja (15-35%), batu kapur dan gas oksigen (kemurnian 99,5%).Pada proses ini, besi tuang dicampur dengan besi rongsokan. Kemudian besi tuang akan meleleh. Gas oksigen dialirkan ke dalam tungku melalui pipa pengalir (oxygen lance) dan bereaksi dengan cairan logam di dalam tungku. Gas oksigen akan mengikat karbon dari besi kasar berangsur-angsur turun sampai mencapai tingkat baja yang dibuat. Disamping itu, selama proses oksidasi berlangsung terjadi panas yang tinggi sehingga dapat menaikkan temperatur logam cair sampai diatas 1650oC.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.Hingga saat ini metode BOP banyak digunakan karena baja yang dihasilkan efisiensi tinggi karena pemakaian gas oksigen dengan kemurnian yang tinggi sebagai gas oksidator utama untuk memurnikan baja, prosesnya cepat (20-30 menit), pengontrolan kualitas mudah dilakukan, serta mudah mencampurkan logam-logam lain untuk membuat baja aliasi. Selain itu konstruksi BOF relatif sederhana, bagian luarnya dibuat dari pelat baja sedangkan dinding bagian dalamnya dibuat dari bata tahan api (firebrick). Kapasitas BOP ini biasanya bervariasi antara 35 ton sampai dengan 200 ton.

Gambar 1. Basic Oxygen Process

Kelebihan proses BOF dibandingkan proses pembuatan baja lainnya:1. Dari segi waktu peleburan bajanya relatif lebih singkat dibandingka dengan waktu peleburan baja dengan proses lainnya yaitu hanya sekitar 60 menit untuk setiap proses peleburan.2. Tidak perlu tuyer dibagian bawah.3. Phospor dan sulfur dapat dihilangkan terlebih dahulu drpada karbon.4. Biaya operasi murah.5. BOF menggunakan O2 murni tanpa nitrogen

3. Metodeologi3.1. Proses Peleburan BajaProses peleburan baja dapat dilakukan dengan menggunakan bahan baku berupa besi kasar (pig iron) atau berupa besi spons (sponge iron). Disamping itu bahan baku lainnya yang biasanya digunakan adalah scrap baja dan bahan-bahan penambah seperti ingot ferosilikon, feromangan dan batu kapur. Proses peleburan dapat dilakukan pada tungku BOF (Basic Oxygen Furnace) dan pada tungku busur listrik (Electric Arc Furnace atau disingkat EAF). Tanpa memperhatikan tungku atau proses yang diterapkan, proses peleburan baja pada umumnya mempunyai tiga tujuan utama, yaitu:1. Untuk mengurangi bahan-bahan impuritas sebanyak mungkin yang dapat terjadi pada proses peleburan baja.2. Mengatur kadar karbon yang terkandung dalam baja agar sesuai dengan tingkat grade atau spesifikasi baja yang diinginkan.3. Menambah elemen-elemen pemadu yang diinginkan pada proses peleburan baja.

3.2. Proses Peleburan Baja dengan BOF (Basic Oxygen Furnace)Proses BOF menggunakan oksigen murni sebagai pengganti uap air yang ditiupkan pada besi kasar cair untuk membakar zat kotoran yang tersisa. Bejana BOF biasanya berdiameter dalam 5 m dengan kemampuan dapat 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 dan pada bagian dinding luarnya terbuat dari pelat baja , sedangkan pada dinding dalamnya terbuat dari bata tahan api (fire brick).Proses tanur oksigen basa (Basic Oxygen Furnace, BOF) menggunakan besi kasar cair (65-85%) yang dihasilkan oleh tanur tinggi sebagai bahan dasar utama dalam proses BOF ini , kemudian dicampur dengan besi bekas (skrap baja) sebanyak (15-35%), batu kapur dan gas oksigen (dengan kemurnian 99,5%). Panas ditimbulkan dari hasil reaksi dengan oksigen, gagasan ini dicetuskan oleh Bessemer sekitar tahun 1800.Besi bekas (scrap) sebanyak kurang lebih 30% dimasukkan ke dalam bejana yang dilapisi oleh batu tahan api basa. Kemudian logam panas dimasukkan pula ke dalam bejana tersebut. Suatu pipa aliran oksigen yang didinginkan dengan menggunakan air dimasukkan ke dalam bejana hingga batas mencapai 1-3 m di atas permukaan logam cair dengan kecepatan tinggi dan pada tekanan 1400 kN/m2. Gas oksigen akan mengikat karbon dari besi kasar hingga perlahan-lahan turun sampai mencapai tingkat baja yang akan dibuat. Proses oksidasi yang terjadi berlangsung pada keadaan panas yang tinggi sehingga dapat mengakibatkan naiknya temperatur logam cair sampai diatas 1650oC. Pada saat proses oksidasi berlangsung, batu kapur dimasukkan kedalam tungku untuk menurunkan kadar phosporus dan sulfur. Batu kapur tersebut kemudian akan mencair dan bercampur dengan bahan-bahan impuritas yaitu kalasium fluor (termasuk bahan-bahan yang teroksidasi : unsur-unsur karbon, mangan dan silikon) sehingga dapat mengikat kotoran-kotoran seperti fosfor , belerang dan membentuk terak yang terapung diatas baja cair.Reaksi oksidasi yang terjadi adalah sebagai berikut :

Bila proses oksidasi telah selesai maka pipa aliran oksigen dikeluarkan dari tungku, kemudian benda uji dari baja cair diambil untuk dianalisa komposisi kimia. Setelah komposisi kimia tercapai, maka dilakukan penuangan ke dalam label ketika temperatur baja cair sekitar 1650oC. Di dalam label dilakukan skimming untuk membersihkan terak dari permukaan baja cair dan proses perlakuan logam cair (metal treatment) yang terdiri dari proses pengurangan impuritas dan penambahan elemen-elemen pemadu atau lainnya dengan tujuan untuk memperbaiki kualitas baja cair sebelum dituang ke dalam cetakan. Jenis baja yang dihasilkan oleh proses ini adalah baja karbon dan baja paduan 0,1% < C < 2,0%.

Gambar 2. Proses Pembuatan Baja Dengan Tanur Oksigen Basa (Basic Oxygen Furnace atau BOF)

4. Daftar PustakaDaryus, Asyari. 2008. Diktat Kuliah : Proses Produksi. Fakultas Teknik, Universitas Darma Persada, Jakarta.Yunarti, nestri. 2012. Baja : Paduan Besi dan Karbon. Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan, Universitas Negeri Semarang.https://yogoz.wordpress.com/tag/peleburan-baja-dengan-metode-bof-basic-oxygen-furnace/ (Diakses pada tanggal 22 Februari 2015, pukul: 12:36 WIB)http://muslimlutfi.blogspot.com/2012/12/makalah-teknologi-bahan.html (Diakses pada tanggal 22 Februari 2015, pukul: 14.00 WIB)http://file.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._KIMIA/196802161994022-SOJA_SITI_FATIMAH/Kimia_industri/BESI_BAJA.pdf (Diakses pada tanggal 22 Februari 2015, pukul 15:36)http://www.aws.org/itrends/2004/01/it0104-21.pdf (Diakses pada tanggal 22 Februari 2015, pukul 13:01 WIB)