EKSTRAKSI PENGOLAHAN BIJI BESI DALAM PEMBUATAN BAJA Pendahuluan Besi merupakan salah satu Besi (Fe) merupakan salah satu logam yang mempunyai peranan yang sangat besar dalam kehidupan manusia, terlebih-lebih di zaman modern seperti sekarang. Kelimpahannya Kelimpahannya juga sangat besar, 50.000 ppm atau 5% dan merupakan jenis logam terbanyak kedua di kulit bumi. Karena kelimpahannya yang sangat besar itulah maka besi banyak digunakan digunakan dalam kehidupan sehari-hari dan industri konstruksi. Besi berada dalam bentuk senyawanya, terutama sebagai bijih besi, yang mengandung Fe2O3 (hematite), Fe2O3.H2O (limonit), Fe3O4 (magnetic), FeCO3(siderite), dan FeS2 (pirit). Di udara besi mudah mengalami korosi, yaitu proses perusakan (keropos) pada permukaan besi yang disebkan reaksi dengan oksigen membentuk oksida besi, yang dalam kehidupan sehari-hari dikenal sebagai karat besi. Korosi besi berlangsung sangat cepat pada kondisi lembab dan adanya garam. Dalam industri, besi diisolasi melalui proses reduksi dari oksidanya, Fe2O3, atau oksida-oksida besi lainnya yang terkandung dalam bijih besi. Zat pereduksi yang digunakan adalah gas karbon monoksida (CO) pada suhu tinggi. Agar besi tahan karat maka besi dicampurkan logam-logam lain yang memenuhi syarat, yaitu sifat fisika dan sifat kimianya yang mirip besi. Baja merupakan produk utama industri besi-baja. Baja tahan terhadap pengaruh lingkungan mudah dibentuk dan ditempa, memiliki kekerasa kekerasan n yang baik, mengandung 0.02%-1.5% karbon. Penggunaan logam sebagai bahan struktural diawali dengan besi tuang untuk bentang lengkungan (arch) sepanjang 100 ft (30 m) yang dibangun di Inggris pada tahun 1777 – – 1779. 1779. Dalam kurun waktu 1780 – 1820,.Dibangun lagi sejumlah jembatan dari besi tuang, – balok utama dari potongan – potongan kebanyakan berbentuk lengkungan dengan balok balok – – batang besi tuang indivudual yang membentuk batang – batang atau kerangka ( truss) konstruksi.Be konstruksi.Besi si – jembatan tuang juga digunakan sebagai rantai penghubung pada jembatan – jembatan suspensi sampai sekitar tahun 1840. Baja merupakan salah satu bahan yang sangat banyak dipakai di seluruh dunia untuk keperluan kehidupan manusia, khususnya khususnya di dunia industri.Ditemukan buat pertama kali oleh
orang Mesir lebih dari 4000 tahun yang lalu untuk perhiasan dan alat rumah tangga yang kemudian berkembang menjadi bahan berharga dan dimanfaatkan orang setiap hari saat ini. Untuk menjadikan baja, banyak proses yang dilakukan, sehingga membutuhkan ilmu pengetahuan dan teknologi agar dapat dipakai dalam berbagai keperluan.
Proses ekstrasi baja 1)
Metal Ores Proses ini biasanya masih dalam bentuk oksida, karena terikat dengan oksida. Bijih logam : *Magnetik (Fe3O4)= 72,4%
Hematit (Fe2O3)=70,0%
Limonit (2Fe₂ᴏ₃, 3H2O)=59,8%
Siderit (FeCO3)=48,2%
2)
Facomit (Fe3O3)=25-35% Gathit (Fe2O3, H2O)=62,9%
Work Ores Pengerjaan bijih meliputi: 1.
Pemecahan
Breaching(masih berupa gumpalan besar)
Crushing
Fine Crushing
Grinding (butiran sangat halus 0,5 milimeter)
2.
Pengayaan (sizing)
3.
Pembenahan (Dressing) Berdasakan:
Warna dan bentuk
Warna merah( tembaga )
Abu-abu (nikel)
Perak (NI)
Biru (Cu)
Kekasaran
Gesekan
Konduktivitas
Magnetis
Gravitasi
3)
Massa jenis
Ores Processing Pemrosesan bijih 1.
Pyrometallurgy ( menggunakan proses panas)
Peleburan
Pemanggangan
2.
Distilasi
Hydrometallurgy (proses dingin)
4)
Pelarutan dengan asam atau basa
Elektrolisa
Melting Peleburan pada Dapur Tinggi
Bijih besi = 2 bag
5)
Kokar = 1 bag ( Batu bara yang dipanaskan ) Batu kapur = ½ bag
Pig Iron
Besi kasar putih
Besi kasar kelabu
Ciri-ciri; Masih getas 6)
7)
Converter
Bessemer
Thomas
Siemens mastin Cast Iron
Besi tuang putih
Besi tuang kelabu
Besi tuang ciel, dan lain-lain
Selain 7 proses diatas setelah proses pig iron ada proses lain menuju cast iron,yaitu; 8)
Pengolahan besi rosok
Siemens mastin
Dapur tinggi
BOF ( Basic Oksigen Furnise )
OHF ( Open Heart Furnise )
Kupola
B.Proses Pembuatan Baja
Besi kasar dari hasil proses dapur tinggi, kemudian diproses lanjut untuk dijadikan berbagai jenis baja. Ada beberapa proses yang dilakukan untuk merubah besi kasar menjadi baja :
1.
Dapur Tinggi Dapur tinggi terbuat dari susunan batu tahan api yang diperkuat dengan tiang-tiang baja. Dalam dapur tinggi akan terjadi proses reduksi bijih besi menjadi besi kasar (besi mentah). Selain itu, juga terjadi reaksi-reaksi kimia yang menyertai proses reduksi tersebut. Berikut adalah gambar dapur tinggi beserta bagian-bagiannya.
Gambar 1. Dapur tinggi Dapur tinggi tersebut dapat berukuran : 30 m Garis tengah maksimum
:7m
Garis tengah puncak
: 4,5 m
Garis tengah bawah
:4m
Dapur tinggi didirikan diatas fondasi yang diperkuat oleh tiang-tiang baja. Bagian dalam dapur tinggi dilapisi batu tahan api yang mempunyai sifat tahan terhadap suhu tinggi dan dan merupakan penyekat panas. Pada bagian atas dapur terdapat corot pengisi yang bekerja secara bergantiansehingga kehilangan gas dapur tinggi dapat dicegah sekecil mungkin. Dapur tinggi ini dilengkapi dengan alat pemanas udara (pesawat Cowper), alat pemisah debu dan sebagainya.
Gambar 2. Skema Dapur Tinggi
B. Pengisian Bahan Bahan-bahan yang akan diisikan ke dalam dapur tinggi ialah : bijih besi, kokas, dan batu kapur. Bahan ini disimpan di dekat dapur tinggi supaya pengisiannya mudah.Bahanbahan diangkut ke puncak dapur tinggi dengan alat pengangkut selapis demi selapis. Mula3
mula diisikan bijih besi 3 m , dan seterusnya secara bergantian sehingga pengisian bahan akan berlangsung secara terus menerus.
C. Proses Dapur Tinggi Bahan-bahan pengisi dapur tinggi ialah bijih besi, kokas dan batu kapur yang akan mengalami proses fisika ataupun kimia. Mula-mula bahan tersebut akan mengalami pemanasan pendahuluan, kemudian disusul oleh reaksi reduksi dan terjadi peleburan besi.
1.
Pemanasan pendahuluan Di dalam dapur tinggi gas-gas hasil pembakaran yang suhunya masih panas akan naik ke atas sambil memanaskan bahan-bahan yang diisikan. Akibatnya air dan zat-zat yang
mudah menguap yang terdapat dalam bahan-bahan pengisi akan menguap sehingga akhirnya bahan-bahan akan menjadi cukup kering. 2.
Proses reduksi o
o
Dalam daerah reduksi yaitu daerah dapur tinggi dan suhu berkisar 800 C – 1400 C, akan terjadi serangkaian reaksi-reaksi kimia antara lain reaksi reduksi bijih besi, reaksi pembakaran kokas, dan peruraian batu kapur.
Karena pengaruh udara maka kokas akan terbakar menurut reaksi sebagai berikut: C + O2 --------------- CO2
Dalam pembakaran ini akan dihasilkan panas sehingga mampu untuk meleburkan bijih besi dan juga dapat mempercepat reaksi-reaksi yang lain. Selanjutnya gas CO 2 yang terjadi akan naik ke atas bersinggungan dengan lapisan kokas diatasnya dan bereaksi menurut reaksi sebagai berikut : CO2 + C ------- 2CO
Gas CO yang terjadi akan mereduksi bijih besi menurut reaksi berikut :
Fe3O4 + CO ----------- 3FeO + CO2 Fe2O3 + CO ---------- 2FeO + CO2 Kedua reaksi di atas disebut reaksi reduksi tidak langsung.
Pada daerah reduksi juga terjadi peruraian batu kapur dan mungkin juga peruraian MgCO3 ataupun FeCO3 yang mungkin terdapat dalam batu kapur tersenut menurut reaksi berikut :
CaCO3 ---------- CaO + CO2 MgCO3 ---------- MgO + CO2 FeCO3
----------------
FeO + CO2
Gas CO2 hasil dari peruraian ini akan bersinggungan dan bereaksi dengan lapisan kokas menurut reaksi berikut :
CO2 + C --------- 2CO
3.
Proses Peleburan o
o
Pada daerah hentian suhu mencapai 1400 C – 1600 C. Disini akan terjadi peleburan hasil reduksi tak langsung dan juga terjadi pembentukan terak . Disamping itu juga akan terjadi reduksi langsung FeO oleh kokas. Reaksi-reaksi kimia yang terjadi pada daerah ini adalah sebagai berikut : Reduksi langsung
FeO + C ----
Pembentukan terak
CaO + SiO 2 ----
Fe + CO CaSiO3
Kalau bijih besi mengandung Mangan MnO + SiO2 ---- MnSiO3
Karena berat jenis terak lebih ringan daripada berat jenis besi, maka terak akan mengapung pada bagian atas. Besi mentah yang dihasilkan bukan merupakan besi murni tetapi masih mengandung unsure yang lain seperti karbon (C) yang berasal dari kokas, silisium (Si), mangan (Mn) dan Phospor (P) yang berasal dari bijih besi.
Input dapur tinggi : 1 biji besi. 2 kokas. 3 batu kapur. Out put dapur tinggi : 1 Gas Buang (CO2 dan Gas Lainnya). 2 besi kasar. 3 kerak.
2.
Proses Konvertor Terdiri dari satu tabung yang berbentuk bulat lonjong dengan menghadap kesamping. 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.
Sistem kerja
1.
0
Dipanaskan dengan kokas sampai ± 1500 C,
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.
Dapur Baja Oksigen (Proses Bassemer) Proses Bessemer adalah proses untuk produksi massa baja dari cair pig iron. Proses
ini dinamai 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.
Converter Bessemer Proses ini dilakukan dalam kontainer baja bulat telur besar dilapisi dengan tanah liat atau dolomit disebut konverter Bessemer. 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.
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 (karbonmangan paduan besi).
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.
3.
Proses Siemens Martin Sama halnya dengan Dapur Baja Oksigen, maka dapur baja terbuka (Siemens Martin) juga merupakan dapur yang digunakan untuk memproses besi kasar menjadi baja. Dapur ini dapat menampung baja cair lebih dari 100 ton dengan proses mencapai temperatur + 1600oC; wadah besar serta berdinding yang sangat kuat dan landai. Proses pembuatan dengan dapur ini adalah proses oksidasi kotoran yang terdapat pada bijih besi sehingga menjadi terak yang mengapung pada permukaan baja cair. Oksigen langsung disalurkan kedalam cairan logam melalui tutup atas. Apabila selesai tiap proses, maka tutup atas dibuka dan cairan baja disalurkan untuk proses selanjutnya untuk dijadikan bermacam-macam jenis baja. 0
Menggunakan sistem regenerator (± 3000 C.) fungsi dari regenerator adalah: 1.
memanaskan gas dan udara atau menambah temperatur dapur
2.
sebagai Fundamen/ landasan dapur
3.
menghemat pemakaian tempat
Bisa digunakan baik besi kelabu maupun putih,
Besi kelabu dinding dalamnya dilapisi batu silika (SiO 2),
besi putih dilapisi dengan batu dolomit (40 % MgCO 3 + 60 % CaCO 3) Pada proses Open-Hearth ( dapur Siemens Martin ) 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 deoksidasi
d.
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 dinasbrick.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.
1. 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.
2. 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).
3. 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%)
4.
Proses Basic Oxygen Furnace Proses tanur oksigen basa ( Basix Oxygen Furnace, BOF) menggunakan besi kasar (65 – 85 %) yang dihasilkan oleh tanur tinggi sebagai bahan dasar utama dicampur dengan besi bekas dan batu kapur. Panas ditimbulkan oleh reaksi dengan oksigen.Gagasan ini dicetuskan oleh Bessemer sekitar tahun 1800.
logam cair dimasukkan ke ruang baker (dimiringkan lalu ditegakkan)
Oksigen (± 1000) ditiupkan lewat Oxygen Lance ke ruang bakar dengan kecepatan 3
2
tinggi. (55 m (99,5 %O2) tiap satu ton muatan) dengan tekanan 1400 kN/m .
ditambahkan bubuk kapur (CaO) untuk menurunkan kadar P dan S.
Keuntungan dari BOF adalah:
BOF menggunakan O 2 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 Pembuatan Baja dengan Tanur Oksigen Basa (Basic Oxygen Furnace)
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. Unsur-unsur karbon, mangan dan silicon akan teroksidasi. Batu kapur dan kalsium fluor ditambahkan untuk mengikat kotoran-kotoran seperti fosfor dan belerang dan membentuk terak.
5.
Proses Dapur Listrik Disebut juga Electical Arc Furnace .Temperatur tinggi dengan menggunkan busur cahaya electrode dan induksi listrik. Panas yang dibutuhkan untuk pencairan baja adalah berasal arus listrik yang disalurkan dengan tiga buah elektroda karbon dan dimasukkan/diturunkan mendekati dasar dapur. Penggunaan arus listrik untuk pemanasan tidak akan mempengaruhi atau mengkontaminasi
cairan logam, sehingga proses dengan dapur baja listrik merupakan salah satu proses yang terbaik untuk menghasilkan baja berkualitas tinggi dan baja tahan karat (stainless steel). Dalam proses pembuatan, bahan-bahan yang dimasukkan adalah bahan-bahan yang benar-benar diperlukan dan besi bekas. Setelah bahan-bahan dimasukkan, maka elektrodaelektroda listrik akan memanaskan bahan dengan panas yang sangat tinggi (+ 7000oC), sehingga besi bekas dan bahan-bahan lain yang dimasukkan dengan cepat dapat mencair. Adapun campuran-campuran lain (misalnya untuk membuat baja tahan karat) dimasukkan setelah bahan-bahan menjadi cair dan siap untuk dituang. 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
6.
Kerugian akibat penguapan sangat kecil
Proses Dapur Kopel Mengolah besi kasar kelabu dan besi bekas menjadi baja atau besi tuang dengan tahapan beberapa 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). Gas CO yang dikeluarkan melalui cerobong, panasnya dapat dimanfaatkan untuk pembangkit mesin-mesin lain.
7.
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 i stimewa dengan menambahkan unsur-unsur paduan yang diperlukan
Gambar 2. Bagan Proses Pembuatan Baja
Proses pembuatan baja karbon dimulai dengan proses ekstraksi bijih besi. Proses reduksi umumnya terjadi di dalam tanur tiup (blast furnace) di mana di dalamnya bijih besi
(iron ore) dan batu gamping (limestone) yang telah mengalami pemanggangan (sintering) diproses bersama-sama dengan kokas (cokes) yang berasal dari batubara. Serangkaian reaksi terjadi di dalam tanur pada waktu dan lokasi yang berbeda-beda, tetapi reaksi penting yang mereduksi bijih besi menjadi logam besi adalah sebagai berikut:
Fe2O3 + 3CO à2Fe + 3CO2
Gambar 3. Proses Peleburan Besi Luaran utama dari proses ini adalah lelehan besi mentah (molten pig iron) dengan kandungan karbon yang cukup tinggi (4% C) beserta pengotor-pengotor lain seperti silkon, mangan, sulfur, dan fosfor .Besi mentah ini belum dapat dimanfaatkan secara langsung untuk aplikasi rekayasa karena sifat-sifat (mekanis)-nya belum sesuai dengan yang dibutuhkan karena pengotor-pengotor tersebut. Besi mentah berupa lelehan atau coran selanjutnya dikirim menuju converter yang akan mengkonversinya menjadi baja. Proses pembuatan baja karbon umumnya berlangsung di tungku oksigen-basa
(basic-oxygen furnace) . Di dalam tungku ini besi mentah cair dicampur dengan 30% besi tua (scrap) yang terlebih dahulu dimasukkan ke dalam tanur.Selanjutnya, oksigen murni ditiupkan dari bagian atas ke dalam leburan, bereaksi dengan Fe membentuk oksida besi FeO.Beberapa saat sebelum reaksi dengan oksigen mulai berlangsung, fluks pembentuk slag dimasukkan dalam jumlah tertentu.
Oksida besi atau FeO selanjutnya akan bereaksi dengan karbon di dalam besi mentah sehingga diperoleh Fe dengan kadar karbon lebih rendah dan gas karbon monoksida. Reaksi penting yang terjadi di dalam tungku adalah sebagai berikut:
FeO + C àFe + CO Selama proses berlangsung (sekitar 22 menit), terjadi penurunan kadar karbon dan unsurunsur pengotor lain seperti P, S, Mn, dalam jumlah yang signifikan.
Baja yang dihasilkan oleh proses ini adalah Baja karbon & Baja paduan 0,1 % < c < 2,0 %
8.
Proses Pembuatan Baja secara Duplex Proses duplex adalah proses yang menggunakan kombiansi dari dua macam cara/metode pembuatan baja yang dapat berupa :
Proses Open-Hearth furnace secara asam dan basa.
Proses Open-Hearth secara basa dan electric furnace secara basa.
Proses Bessemer converter dan Open-Herath furnace secara basa.
Dengan proses duplex ini, kejelekan-kejelekan dari masing-masing proses dapat dikurangi, misalnya : baja hasil proses Bessemer dapat dikurangi unsur-unsur yang kurang baik terhadap sifat-sifat baja yaitu S dan P dan berlebihan N sehingga hasil dari proses duplex akan didapatkan kualitas yang baik.
Cara kerjanya : (a)
Proses open-hearth furnace secara basa dan asam. Mula-mula bahan isian diproses pada open-hearth secara basa, kemudian baja cair dari proses open-hearth secara basa diproses lagi pada open-hearth furnace secara asam sampai selesai, barulah baja yang dihasilkan dituang.
(b) Proses open-hearth furnace secara basa dan electric furnace secara basa. Mula-mula bahan isian diproses dahulu dalam open-hearth secara basa kemudian baja cair hasil proses open-hearth secara basa diproses lagi dalam electric furnace basa sampai selesai.
(c)
Proses Bessemer Converter dan Open-Hearth furnace secara basa Mula-mula bahan isian diproses dalam Bessemer Converter dan hasil Bessemer Converter ini diproses lagi dalam Open-Hearth furnace secara basa sampai selesai.
Diagram Alir Pembuatan Baja (Flow Chart Steel Making)
DAFTAR PUSTAKA
http://www.scribd.com/doc/3024023/Sejarah-baja http://yefrichan.wordpress.com/2010/10/26/proses-pembuatan-baja-dengan-tanur-oksigenbasa-basic-oxygen-furnace/ http://tsffarmasiunsoed2012.wordpress.com/2012/05/24/proses-pembuatan-baja-karbon/ www.geogle.com http://sonicwitcha.multiply.com/photos/album/8/Diagram_Alir_pembuatan_Baja_FLow_Cha rt_Steel_Making
